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종말속도

화학공학실험 3 종 말 속 도진 행 순 서 실 험 목 적 실 험 이 론 DATA 처 리 실 험 결 과 토 의 화학공학실험 3 1 조실 험 목 적 직경과 농도가 변할 때 , 종말속도가 어떻게 변하는지 알아본다 . 측정된 실험값과 이론적 종말속도 값을 비교해 보고 Wall effect 에 대하여 이해한다 . 구슬을 글리세린을 채운 각 침강동에 떨어뜨려 종말속도를 구해보고 , 중력침강에 영향을 주는 요소 ( 중력 , 부력 , 항력 ) 와 Reynold 수 , Stoke's law , Drag 계수의 상관관계를 이해한다 화학공학실험 3 1 조Re Range Equations 실 험 이 론 Newtonian Fluid 에서 구형입자 일 때 0.01 Re 3.38×10 5 범위에서 적용되는 실험식들 화학공학실험 3 1 조 참고 : KERIS 논물 - 침강하는 물체의 종말속도 측정을 통한 항력계수 평가 2page, 서울시립대 화학공학과 송승화 외 6화학공학실험 3 1 조 실 험 이 론 Wall - effect 용기 또는 관의 벽이 실제속도에 영향을 미치는 효과 . Stokes 의 영역 (Francis 의 값 ) Newton 의 영역 (Munroe 의 값 ) Stokes 의 영역 (Francis 의 값 ) Newton 의 영역 (Munroe 의 값 ) 0.0 1.000 1.000 0.5 0.210 0.65 0.1 0.785 0.97 0.6 0.123 0.54 0.2 0.602 0.91 0.7 0.066 0.41 0.3 0.448 0.84 0.8 0.027 0.28 0.4 0.315 0.75 0.9 0.006 0.15 Francis (1933) 의 식 Stokes 의 정항 법칙의 영역 그래서 Munroe (1888) 의 식 : Newton 의 저항 법칙의 영역 참고 : 粉體輸送技術 ( 분체수송기술 ) 148p, Kano^, T, 송광호 , 이종찬Data 처리 화학공학실험 3 1 조 예시 – 50% 99mm 1 차실험 ( 단위 : SI) 측정된 종말속도 : 0.4550 점도 : 밀도 : 1128.7, 입자밀도 : 2429.6 참고 ( 밀도 ) : Perry’s Chemical Engineers’ Handbook 7 th edition 2-116p, McGrowHillData 처리 화학공학실험 3 1 조 Walleffect 를 없앤 종말속도 이론적 종말속도 오차율 (%) 참고 ( 점도 ) : http://www.dow.com/glycerine/resources/table18.htm실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 50wt% 99mm 관의 최 대 오차 data Re Log(Re) Cd 점도 유체밀도 입자밀도 입자지름 701.3262 2.8459 0.5081 0.007505 1128.7 2482.89 0.01025 730.1691 2.8634 0.5034 d/D Stokes effect Newton’s effect wall effect 종말속도 이론종말속도 오차율 (%) 0.1035 0.785 0.97 0.9605 0.4550 0.4737 0.5650 16.17실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 50wt% 99mm 관의 최소오차 data Re Log(Re) Cd 점도 유체밀도 입자밀도 입자지름 697.9 2.844 0.5087 0.007505 1128.7 2429.6 0.0102 726.7064 2.8613 0.5039 d/D Stokes effect Newton’s effect wall effect 종말속도 이론종말속도 오차율 (%) 0.1030 0.785 0.97 0.9603 0.4550 0.4737 0.5521 14.20실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 100wt% 100mm 관의 최대오차 data Re Log(Re) Cd 점도 유체밀도 입자밀도 입자지름 0.115035 - 208.6317 2.655 1264.15 2559.21 0.0102 0.146542 - 163.7759 d/D Stokes effect Newton’s effect wall effect 종말속도 이론종말속도 오차율 (%) 0.102 0.785 - - 0.02416 0.03078 0.02859 7.65실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 100wt% 100mm 관의 최소오차 data Re Log(Re) Cd 점도 유체밀도 입자밀도 입자지름 0.121707 - 197.195 2.655 1264.15 2555.58 0.0102 0.155041 - 154.798 d/D Stokes effect Newton’s effect wall effect 종말속도 이론종말속도 오차율 (%) 0.102 0.785 - - 0.02506 0.03192 0.02966 7.64실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 100wt% 49mm 관의 최대오차 data Re Log(Re) Cd 점도 유체밀도 입자밀도 입자지름 0.099124 - 242.122 2.655 1264.15 2339.61 0.0102 0.164657 - 145.757 d/D Stokes effect Newton’s effect wall effect 종말속도 이론종말속도 오차율 (%) 0.208 0.602 - - 0.02041 0.0339 0.02789 21.56실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 100wt% 49mm 관의 최소오차 data Re Log(Re) Cd 점도 유체밀도 입자밀도 입자지름 0.100435 - 238.961 2.655 1264.15 2375.61 0.0102 0.166835 - 143.854 d/D Stokes effect Newton’s effect wall effect 종말속도 이론종말속도 오차율 (%) 0.208 0.602 - - 0.02068 0.03344 0.02854 20.36실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 최대 , 최소 오차일 때의 종말속도 비교 그래프화학공학실험 3 1 조 실 험 결 과 최대 , 최소 오차일 때의 종말속도 비교 그래프화학공학실험 3 1 조 실 험 결 과 최대 , 최소 오차일 때의 종말속도 비교 그래프화학공학실험 3 1 조 실 험 결 과실 험 결 과 화학공학실험 3 1 조 미지농도의 글리세롤 농도 구하기화학공학실험 3 1 조 실 험 결 과 종말속도 속도비교 100%, 100mm 가 오차율이 가장적은 이유 는 Wall-effect 가 적고 항력계수가 커서 속도가 느 려 측정이 가장 잘되었다 . 50% 는 항력계수가 작아 속도가 매우 빨랐고 , 정확한 측정을 하는 것이 어려웠다 . 100% 49mm 는 Wall-effect 가 가장 커 , 오차율이 높게 측정되었다 .화학공학실험 3 1 조 토 의 직경이 커질수록 Wall-effect 가 작 어져서 이론적 속도와 가장 잘 부합하고 농도가 높아질수록 항력계수가 커져서 종말속도는 작아지고 측정이 쉽게되어 이론적 속도와 잘 부합하는 결과를 얻게 되었다 . Wall-effect 를 보정하여 속도를 비교한결과 좀더 이론적 속도와 잘 부합하였다 . 농도변화에 따른 레이놀즈수의 변화와 속도변화의 경향성으로 미지농도값을 추정하는 것이 가능하였다 .화학공학실험 3 1 조 Question 감사합니다 .{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2012.02.10| 21페이지| 1,000원| 조회(133)

화학공학실험, 종말속도, 용기, 관, 벽, 글리세린, 실제속도, Wall - effe..

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유출

유 출차례실험목적 에너지 수지와 질량수지를 적용하며 , 베르누이 방정식을 이용하여 파이프로의 유출시간을 계산하여 실험에 적용하고 결과값과 비교하고 , 관을 흐르는 유체의 흐름과 속도의 관계를 알아본다 .실험가정 Bernoulli Equation 실험가정 가정 1 초기속도 V a =0, No friction 가정 2 초기속도 V a ≠ 0 , No friction 가정 3 초기속도 V a =0, Friction 존재 가정 4 초기속도 V a ≠ 0, Friction 존재 단위조작 7 판 , Warren L. McCabe 외 2 인 , Mc-Graw Hill, P. 76가정 1 초기속도 V a =0, No friction ⇒ 난류로 가정 (Re 4000) 단위조작 7 판 , Warren L. McCabe 외 2 인 , Mc- Graw Hill, P. 62관길이 (m) 관 직경 (m) 수조속도 (Va) 배출속도 (Vb) 관 Re 시간 (s) 수조 Re 0.17 0.004 0 3.885 13561.483 257.697 0 0.006 0 3.885 20342.225 114.532 0 0.008 0 3.885 27122.967 64.424 0 0.26 0.004 0 4.106 14332.141 243.840 0 0.006 0 4.106 21498.211 108.374 0 0.008 0 4.106 28664.281 60.960 0 0.45 0.004 0 4.537 15836.401 220.679 0 0.006 0 4.537 23754.601 98.079 0 0.008 0 4.537 31672.801 55.170 0 가정 1 Data 처리 결과가정 2 초기속도 V a ≠ 0, No friction가정 2 Data 처리 결과 관길이 ( m) 관 직경 ( m) 수조속도 ( Va) 배출속도 ( Vb) 관 Re 시간 ( s) 수조의 Re 0.17 0.004 0.001 3.885 13561.483 257.697 191.682 0.006 0.002 3.885 20342.225 114.532 431.284 0.008 0.003 3.885 27122.967 64.424 766.727 0.26 0.004 0.001 4.106 14332.141 243.840 202.574 0.006 0.002 4.106 21498.211 108.374 455.792 0.008 0.003 4.106 28664.281 60.960 810.298 0.45 0.004 0.001 4.537 15836.401 220.679 223.836 0.006 0.002 4.537 23754.601 98.079 503.631 0.008 0.004 4.537 31672.801 55.170 895.344가정 3 초기속도 V a =0, Friction 존재 대입 ⇒ Ke = K f = 0( 급 확대에 의한 마찰 X, 이음쇠 마찰 X) 으로 가정 : 수조의 단면적 (0.0161 ㎡ ), : 관의 단면적 : 관의 표면마찰 관의 흐름을 난류라고 가정 단위조작 7 판 , Warren L. McCabe Mc-Graw Hill, P. 84, 96, 103가정 3 Data 처리 결과 관길이 ( m) 관 직경 ( m) 수조속도 ( Va) 수조 Re 배출속도 ( Vb) 관 Re 시간 ( s) 0.17 0.004 0.000 0.000 2.308 8057.621 433.720 0.006 0.000 0.000 2.601 13617.607 171.090 0.008 0.000 0.000 2.768 19327.503 90.409 0.26 0.004 0.000 0.000 2.449 8549.446 408.770 0.006 0.000 0.000 2.756 14431.598 161.440 0.008 0.000 0.000 2.932 20468.555 85.369 0.45 0.004 0.000 0.000 2.725 9513.736 367.338 0.006 0.000 0.000 3.060 16025.176 145.386 0.008 0.000 0.000 3.251 22700.631 76.975가정 4 초기속도 V a ≠ 0, Friction 존재 대신 대입 ⇒가정 4 Data 처리 결과 관길이 ( m) 관 직경 ( m) 수조속도 ( Va) 수조 Re 배출속도 ( Vb) 관 Re 시간 ( s) 0.17 0.004 0.000 113.882 2.308 8057.183 433.744 0.006 0.001 288.704 2.601 13617.225 171.095 0.008 0.002 546.365 2.768 19327.675 90.408 0.26 0.004 0.000 108.604 2.201 7683.726 454.826 0.006 0.001 282.620 2.546 13330.264 174.778 0.008 0.002 543.767 2.755 19235.756 90.840 0.45 0.004 0.000 99.975 2.026 7073.266 494.079 0.006 0.001 270.903 2.440 12777.597 182.338 0.008 0.002 536.095 2.716 18964.362 92.140실험 Data 관길이 (m) 관직경 (m) 1 차 (s) 2 차 (s) 3 차 (s) 평균 (s) 0.17 0.004 518 512 515 515 0.006 212 210 212 211.3333 0.008 114 114 113 113.6667 0.26 0.004 551 550 552 551 0.006 236 236 237 236.333 0.008 127 129 128 128 0.45 0.004 554 556 555 555 0.006 254 255 254 254.3333 0.008 132 133 131 132 물의 밀도 (25 도 ) 997kg/m3 점도 0.0008937kg/ms 수조의 직경 0.283m결과 및 분석 1) 이론값 그래프2) 실험값 그래프와 비교 그래프3) 오차율 실험데이터 가정 4 관길이 ( m) 관 직경 ( m) 시간 ( s) 관길이 ( m) 관 직경 ( m) 시간 ( s) 오차 (%) 0.17 0.004 515 0.170 0.004 433.744 0.187 0.006 211.3333 0.006 171.095 0.235 0.008 113.6667 0.008 90.408 0.257 0.26 0.004 551 0.260 0.004 454.826 0.211 0.006 236.333 0.006 174.778 0.352 0.008 128 0.008 90.840 0.409 0.45 0.004 555 0.450 0.004 494.079 0.123 0.006 254.3333 0.006 182.338 0.395 0.008 132 0.008 92.140 0.4334) 결론 - 관의 길이가 길수록 관의 직경이 작을수록 유출 시간은 길어진다 . - 관의 직경이 작을수록 , 유출 시간은 길어진다 .5) 오차의 원인 - 관 이음새의 누수 - 부정확한 관의 길이 - 초시계 측정 - 온도에 따른 밀도 , 점도의 변화 - 밸브와 관 이음새 마찰계수의 무시감사합니 다{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2012.02.10| 19페이지| 1,000원| 조회(72)

파이프, 베르누이방정식, 유출, 데이터처리, 초기속도, 에너지수지, Friction..

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유체의 마찰손실

유체의 마찰 손실화학공학실험 3 결과 세미나Contents실험 목적유체의 유동중 관의 단면이 급격한 확대(Sudden Enlargement)와 급격한 축소(Sudden Contraction)에 따른 마찰 손실을 계산해 본다. 벤츄리 미터 (VENTURY METER) 와 오리피스미터(ORIFICE METER) 통과 시 유체의 압력 강하와 마찰손실을 계산해본다.실험 방법수조에 물이 담겼는지 확인밸브를 모두 열어놓은 상태에서 스위치 On수주의 높이를 확인한 후 측정할 곳의 밸브를 제외한 밸브 잠금압력 측정 세관을 연결하여 압력 손실을 측정실험 기구벤츄리 미터오리피스 미터급 확대급 축소수두차 측정기유량계사진 출처 : 직접 촬영실험 기구실험 대상급 확대, 20mm → 40mm벤츄리 미터, 20.3mm → 10.15mm급 축소, 40mm → 20mm오리피스 미터, 20.15mm → 12.4 mm출처 : 단위조작 7th Edition, Warren L. McCabe 외 2명, Mc GRAW-Hill ,IE 2005 4,5,8장실험 기구유량계 (부피 유량계)- 추의 윗부분으로 눈금을 읽는다. - 단위 1. GPM (Gallon Per Minute) – 분당 갤런 2. LPM (Litter Per Minute) – 분당 리터 - 유량계는 공정상 급격한 변화가 생기면 그 결과에 미치는 영향이 크기 때문에, 이것을 줄이기 위해 사용.사진 출처 : 직접 촬영실험 시 유의 사항밸브를 모두 연채로 스위치 ON 펌프의 과부하를 막음 모든 관 안에 기포가 생기지 않도록 해야 한다. 기포로 인해 정확한 측정이 이루어지지 않을 수 있다. 유출밸브의 열고 닫음을 반복하면서 기포를 밀어주고, 수조로 들어가는 관의 밸브를 열어 기포를 빼준다. 유량을 일정하게 유지시킨다. 유량계의 추가 최대한 움직이지 않는 시점까지 기다린다. 압력을 측정시 공기주입펌프에 물이 들어가지 않도록 한다.사진 출처 : 직접 촬영실험 Data측정 Date (수두 차- mmH20)유량대상1차2차3차24 L/min급확대118 - 128 (-10)78 - 90 (-12)66 -78 (-12)급축소226 - 100 (126)260 - 138 (122)238 - 112 (126)12 L/min벤츄리266 - (-50) (316)286 - (-38) (324)390 - 70 (320)오리피스302 - 42 (260)226 - (-36) (262)258 - (-4) (262)Date 처리각각의 측정 대상에 필요한 수식급 확대이론값: 실험값 :급 축소이론값 : 실험값 :벤츄리오리피스참고문헌 : 단위조작 7th Edition, Warren L. McCabe 외 2명, Mc GRAW-Hill ,IE 2005 4,5,8장지름유량유속Re0.04m24L/min0.3183m/s11160.459960.02m1.2732m/s22320.91991급 확대참고문헌 : 단위조작 7th Edition, Warren L. McCabe 외 2명, Mc GRAW-Hill ,IE 2005 5장대상1차2차3차마찰 손실(m)실험값0.07100.06900.0690이론값0.04650.04650.0465오차율(%)52.6948.3948.39급 확대참고문헌 : 단위조작 7th Edition, Warren L. McCabe 외 2명, Mc GRAW-Hill ,IE 2005 5장지름유량유속Re0.04m24L/min0.3183m/s11160.459960.02m1.2732m/s22320.91991급 축소참고문헌 : 단위조작 7th Edition, Warren L. McCabe 외 2명, Mc GRAW-Hill ,IE 2005 5장대상1차2차3차마찰 손실(m)실험값0.04870.05490.0549이론값0.02480.02480.0248오차율(%)96.37121.37121.37급 축소참고문헌 : 단위조작 7th Edition, Warren L. McCabe 외 2명, Mc GRAW-Hill ,IE 2005 5장벤츄리 미터참고문헌 :Introduction to fluid Mechanics 3rd edition, James E.A.John 외1명 Prentice Hall 1988 pp499벤츄리 미터K=흐름계수 Ab=벤츄리목의넓이- 레이놀즈 수 구하기 :- K 구하기 : 레이놀즈 값과 값을 이용한다. K=0.986참고문헌 : Engineering Fluid Mechanics 7th Edition Clayton T. Crowe외 2명 Scitech 미디어 ,2002 ,pp712벤츄리 미터참고문헌 : Engineering Fluid Mechanics 7th Edition Clayton T. Crowe외 2명 Scitech 미디어 ,2002 ,pp712벤츄리 미터-압력강하 이론 값참고문헌 : Engineering Fluid Mechanics 7th Edition Clayton T. Crowe외 2명 Scitech 미디어 ,2002 ,pp717-718-마찰손실이론 값실험값-유속대상1차2차3차마찰 손실(m)실험 값0.02630.03430.0303이론 값0.03070.03070.0307오차율(%)14.3311.731.3벤츄리 미터오리피스 미터- 값 구하기- 값은 레이놀즈 수와 를 이용하여 그래프에서 구한다. =0.62- 레이놀즈 수 구하기오리피스 미터참고문헌 :Introduction to fluid Mechanics 3rd edition, James E.A.John 외1명 Prentice Hall 1988 pp501오리피스 미터참고문헌 :Introduction to fluid Mechanics 3rd edition, James E.A.John 외1명 Prentice Hall 1988 pp501-압력강하 이론 값-유속-마찰손실-이론 값-실험 값오리피스 미터대상1차2차3차마찰 손실(m)실험값0.10460.14260.1426이론 값0.19240.19240.1924오차율(%)45.6325.8825.88Date 처리대상1차2차3차마찰 손실(m)급확대0.07100.06900.0690급축소0.04860.05480.0548벤츄리0.02630.03430.0303오리피스0.14060.14260.1426실험 결과 및 분석이론값실험값절대오차상대오차(%)급확대(m)0.04650.06970.02349.82급축소(m)0.02480.05280.028112.9Venturi Meter(m)0.03070.03030.00041.44Orifice Meter(m)0.19240.14190.050526.26실험 결과 및 분석실험 결과 및 분석실험 결과 및 분석실험 결과 및 분석실험 결과 및 분석- 베르누이 방정식의 가정으로 인한 오차 비 점성흐름, 정상상태, 비압축성 실제 유체는 세 가정을 만족하지 못한다 관 내부에 작은 공기방울이 생겼다. - 마노미터를 읽을때 어림짐작하여 눈금을 읽었다. 실험에 사용한 유량계(로타미터)는 총 축척의 약 5%오차를 가지기 때문에 정밀도가 높지 않다. 형태마찰 손실에 비해 무시할 만큼 작기 때문에 관 표면마찰 손실을 무시하였다.결론관의 급격한 확대와 급격한 축소가 이루어 질 때 마찰손실은 관의 급격한 확대가 크게 관찰되었다. 벤츄리 미터와 오리피스 미터의 경우 벤츄리 미터의 마찰손실이 오리피스 미터보다 작게 관찰되었다.Q AThank you for listening!{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2012.02.10| 33페이지| 1,000원| 조회(245)

화학공학실험, 유체, 유량계, 단위조작, 마찰손실, lpm, 결과세미나, GPM, 부피..

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와류

실험제목 : 와 류1. 실험목적- 와류의 기본개념을 이해하고 실험 장치를 통해 와류현상을 관찰한다.- 회전하고 있는 유체의 수두차를 실험으로 측정하고, 이론값과 비교하여 본다.- 와류반경에 따른 수두차를 그래프로 나타내어 본다. 각 그래프의 추세선을이용하여 상승체적을 구해본다.2. 실험방법 및 과정실험 수행① 수조에 물을 채우고 전원을 켠다.?실험값 측정② 40rpm으로 회전시키고 수두차를 측정한다.(중심에서 2cm 간격으로 측정)?③ 60rpm으로 회전시키고 수두차를 측정한다.(중심에서 2cm 간격으로 측정)?④ 거리와 물의 높이, 압력 사이의 관계를 이론값을통해 알아본다?⑤ 이론값과 실제 측정값을 비교해 본다.와 류 실 험 장 치3. 실험 Data 처리① 실험에서 얻은 데이터 정리?② 각속도 계산 (rpm을 /s로 환산)?③ 이론적인 수두상승 높이차 계산?④ 이론적인 압력차 계산?⑤ 상승체적(이론값, 실험값) 계산① 실험에서 얻은 데이터 정리40rpm60rpm중심과의 거리(cm)높이(m)높이차(mm)높이(m)높이차(m)00.05500.038020.0560.0010.03850.000540.0570.0020.0410.00360.0590.0040.0440.00680.0620.0070.0490.011100.0640.0090.0520.014120.0680.0130.0560.01840rpm60rpm중심과의 거리(cm)압력차(mmH2O)압력차(mmH2O)*************6510661268② 각속도 계산 (rpm을 /s로 환산)??③ 이론적인 수두상승 높이차 계산?를 이용하여 수두차 이론값 계산중심과의 거리(m)높이차 이론값(m)높이차 실험값(m)오차(%)00000.020.000360.00164.00.040.001440.00228.00.060.003240.00419.00.080.005760.00717.70.10.0090.00900.120.012960.0130.3Ex) 중심과의 거리 2cm일 경우중심과의 거리(m)높이차 이론값(m)높이차 실험값(m)오차(%)00000.020.000810.000562.00.040.003240.0038.00.060.007290.00621.50.080.012960.01117.80.10.020250.01444.60.120.029160.01862.0Ex) 중심과의 거리 2cm일 경우④ 이론적인 압력차 계산?를 이용하여 압력차 이론값 계산? 1mm H2O = 9.8pa? 물의밀도 = 999kg/m3중심과의 거리(m)압력차 이론값(Pa)압력차 실험값(Pa)오차(%)00000.023.5219.682.00.0414.1029.452.00.0631.724935.30.0856.3958.84.10.188.1158.849.90.12126.8858.8115.7Ex) 중심과의 거리 2cm일 경우중심과의 거리(m)압력차 이론값(Pa)압력차 실험값(Pa)오차(%)00000.027.939.819.10.0431.7229.47.90.0671.3739.282.10.08126.8849158.90.1198.2558.8237.20.12285.4878.4264.1Ex) 중심과의 거리 2cm일 경우⑤ 상승체적(이론값, 실험값) 계산?회전체 부피 구하기회전축이 y축에 평행한 경우에는 그 회전체를 y축에 수직한 방향으로 slice를 해서 즉, 극미소 dy 두께에해당하는 얇은 slice의 부피(dV)를 더해서(원하는 구간에서 적분해서) 구한다.적분하면,※ 40rpm, 60rpm 이론값은 공학계산기를 통해 추세선 계산40rpm이론추세선40rpm실험추세선60rpm이론추세선60rpm실험추세선?40rpm 상승체적 계산- 이론값 상승체적- 실험값 상승체적⇒⇒⇒⇒?60rpm 상승체적 계산- 이론값 상승체적- 실험값 상승체적⇒⇒⇒⇒4. 결과분석 및 토의① 실험결과 분석? 위 그래프를 보면 40rpm, 60rpm 각각의 각속도에서 중심에서는 높이가 가장 낮고 중심에멀어질수록 즉, 반경이 커질수록 수두차가 커짐을 알 수 있다.? 40rpm 이론값, 실험값과 60rpm 이론값, 실험값의 높이차를 비교해 보면 60rpm의 높이차가반경에 따라서 더 큼을 알 수 있다. 이는 각속도가 증가할 경우 수두차가 커짐을 알 수 있다.상승체적이론값(m3)실험값(m3)오차40rpm0.0002930.00024121.6%60rpm0.000660.0005319.6%② 오차의 원인1) 실험상의 오차- 각속도가 어느 정도 일정하지만 와류반경을 측정할 때마다 조금씩 계속 변화였다.- 와류의 반경을 눈으로 측정하기 때문에 반경의 길이가 조금씩 다를 수 있다. 또한 수두차를 측정할 때 바늘끝부분이 물에 살짝 닫도록 한 후 측정을 해야 하는데 사람이 측정하기 때문에 일정하게 측정을 하기 힘들다.결국 기계가 아닌 사람이 행하는 측정으로 인하여 오차가 많이 발생하였을 것이다.- 유체가 회전하면서 와류반경이 커질수록 수두차가 커지는데 수두차를 자세히 관찰해본결과 바깥반경 모든 곳에서의 높이가 일정치 아니하였다. 이는 유체가 가지고 있는 특성으로 일정한 모양을 가지고 있지 않기 때문에 바깥 수면이 일정하지 않고 불안정적으로 물결 치고 있었다. 여기에 따른 오차를 생각해 볼 수 있다.- 원래는 깨끗한 물을 사용하여 실험을 진행해야하지만 이번 실험을 수행할 때 기구 안에 들어있는 물을 그냥사용하였기 때문에 먼지나 이물질들이 들어가 있어서 원래의 점도보다 높아져서 오차가 났을 수가 있다.2) 계산상의 오차- 운동하는 유체와 벽의 마찰손실을 고려해주어야 한다. 아크릴과 같은 매끄러운 표면을 사용하였더라도유체가 운동하면서 발생하는 벽 마찰손실을 무시해주고 데이터처리를 해주었다.- 유체는 정지 하고 있지 않고, 계속해서 회전하고 있다. 그래서 실제 특정 지점의 압력을 측정 하려 해도특정지점에서 압력을 측정하는 기구의 방향에 따라서 그 값은 큰 차이를 나타내었다. 또한 물의 온도를15도로 가정하고 압력차를 계산해 주었다.6. 참고 문헌- Unit Operations Of Chemical Engineering, McGraw-Hill Korea, Warren L.McCabe 외 2명,p541~611- J.P. Holman, 『Heat Transfer』, McGAW-HILL International Edition, 2004- 점성유체역학 기초, 노오현, 전영사제출 일자 : 2009. 5. 6 성 명 : 박근수

공학/기술| 2012.02.10| 8페이지| 1,000원| 조회(117)

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와 류 ( 渦流 , Vortex) 화학공학실험 3 결과세미나Contents 2011. 3. 22 Seminar C ontents 실험 목적 01 실험 방법 02 실험 Data 처리 03 결과 및 분석 04 토의 및 결론 05 참고문헌 06Object 2011. 3. 22 Seminar O bject 와류의 기본 개념 및 종류 , 특성을 이해한다 . 정지하고 있는 원통 속이 유체를 중심으로 일정 각속도로 회전 시킬 때 관찰할 수 있는 강제와류 (Forced vortex) 현상을 실험적으로 연구한다 . 본 실험을 통하여 유체의 회전 유동의 개념을 익힌다 . 실험목적- 실험장치가 수평에 놓여있는지 확인하고 , 실험도중 물이 넘치는 일을 미연에 방지하기 위하여 물은 수조 높이의 반 정도로 채우도록 한다 . Method 2011. 3. 22 Seminar M ethod 실험 방법 1. 수조에 물을 채우고 Vortex Unit 의 전원을 켠다 . 전원 O n!- 실험 데이터 측정은 원통의 회전이 정상상태에 도달했을때 측정한다 . Method 2011. 3. 22 Seminar M ethod 2. 40rpm 으로 회전시키고 수두 차를 중심으로부터 2cm 간격으로 측정한다 . 2cm 씩 !-40 rpm 때와 마찬가지로 유체의 회전이 정상상태에 도달했을때 측정한다 . Method 2011. 3. 22 Seminar M ethod 3 . 같은 방법으로 60rpm 으로 다시 실험한다 .- 실험을 통해 구한 r, h, P 의 관계식을 통하여 상승체적을 구해보고 , 이론적인 상승체적값과 비교하여본다 . Method 2011. 3. 22 Seminar M ethod 4. 거리 r 과 물의 높이 h, 압력 P 사이의 관계를 이론 값을 통해 알아보고 실제 측정된 값과 비교하여 본다 .Data 2011. 3. 22 Seminar D ata r (cm) h (mm) P (mmH2O) 0 82.0 1.0 2 82.6 1.3 4 84.0 1.8 6 85.5 2.3 8 87.7 3.0 10 91. Seminar D ata processing 1. 40rpm, 60rpm 의 단위 환산 RPM 이란 ? : 분당 회전수 ( 分當廻轉數 , revolutions per minute)Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing 2. 중심으로부터의 높이 , 압력 차를 계산 r (cm) h-h 0 (mm) P-P 0 (mmH2O) 0 0.0 0.0 2 0.6 0.3 4 2.0 0.8 6 3.5 1.3 8 5.7 2.0 10 9.0 2.8 12 12.0 3.7 r (cm) h-h 0 (mm) P-P 0 (mmH2O) 0 0.0 0.0 2 1.5 0.3 4 2.5 0.7 6 7.0 1.6 8 12.5 2.1 10 20.8 4.0 12 29.5 8.0 [60rpm] [40rpm]Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing 3. 높이 차 이론값 계산 및 Graph 를 통한 비교 강제와류 시 , 각속도 ω 일 때 반지름 r 에 따른 수면 h 의 높이 높이 차에 대하여 정리하면 , Theory and problems of fluid dynamics / William I. Fletcher / 1981 / 탑출판사 / p14~16Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing r (m) 40rpm h-h 0 (m) 60rpm h-h 0 (m) 0.00 0.0 0.0 0.02 3.539E-04 8.051E-04 0.04 1.415E-03 3.221E-03 0.06 3.185E-03 7.246E-03 0.08 5.662E-03 1.288E-02 0.10 8.846E-03 2.013E-02 0.12 1.274E-02 2.898E-02Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing r (m) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 실험 40rpm 0.0 0.00060 0.0측정 시 높이는 h=h 0 에 대하여 하였으므로 , 따라서 Theory and problems of fluid dynamics / William I. Fletcher / 1981 / 탑출판사 / p14~16Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing r (m) 40rpm P-P 0 (Pa) 60rpm P-P 0 (Pa) 0.00 0 0 0.02 3.469 7.894 0.04 13.878 31.576 0.06 31.225 71.046 0.08 55.511 126.303 0.10 86.735 197.349 0.12 124.899 284.182Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing r (m) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 실험 40rpm 0 2.942 7.845 12.749 19.613 27.459 36.285 이론 40rpm 0 3.469 13.878 31.225 55.511 86.735 124.899 실험 60rpm 0 2.942 6.865 15.691 20.594 39.227 78.453 이론 60rpm 0 7.894 31.576 71.046 126.303 197.349 284.182Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing 5. 상승체적 계산 총 상승부피 ( 대기 + 물 ) 에서 빈 공간부피의 차감 미소 수면높이 변화를 통한 상승체적의 계산 유체역학 - 개정판 - / 김병하 외 5 인 공역 / 청문각 / p93~96Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing 이론적인 상승부피는 총 원통부피에서 빈 공간부피의 차감 식을 다음과 같이 바꿀 수 있다 .Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing 이론 상승체적 값의 계산Data processing 2011. 3. 22 Semina. 3. 22 Seminar R esult Analysis 오차분석 높이차 압력차 r (m) 40rpm (%) 60rpm (%) 40rpm (%) 60rpm (%) 0.00 0 0 0 0 0.02 69.5 86.3 15.2 62.7 0.04 41.3 22.4 43.4 78.3 0.06 9.8 3.4 59.2 77.9 0.08 0.67 2.9 64.7 83.7 0.10 1.7 3.3 68.3 80.1 0.12 5.8 1.8 70.9 72.4Data processing 2011. 3. 22 Seminar D ata processing 40rpm 60rpm 상대 오차율 (%) 0.51 3.28Result Analysis 2011. 3. 22 Seminar R esult Analysis 결과 및 분석 반경이 커질수록 높이 차는 점차 증가하였다 . 회전속도가 증가할수록 수면곡선의 기울기가 커지는 경향을 보였다 . 중심으로부터 반경이 점차 증가함에 따라서 유체의 높이 또한 상승하는 것을 볼 수 있으며 , 회전속도가 더 빠를수록 압력이 증가하였다 . 상승체적의 오차는 각 각 0.5%, 3.3% 였다 . 60 rpm 의 오차가 더 큰 이유는 회전속도가 빨라지면 서 좀 더 불안정한 유동이었지 않았나 추측 .Result Analysis 2011. 3. 22 Seminar R esult Analysis 오차분석 우연오차 및 과실오차의 발생 측정도구의 기기오차 발생 측정 당시 rpm 이 일정하지 않음 높이 측정 핀과 물의 표면장력으로 인한 오차발생 1. 높이 차에 대한 오차의 원인 측정 시 rpm 변화로 인한 오차발생 측정장비의 노후 베르누이 방정식의 전제조건 위배 2 . 압력 차에 대한 오차의 원인Conclusion 2011. 3. 22 Seminar C onclusion 이번 실험을 통하여 일정한 각속도로 회전하는 강제와류의 유동을 육안으로 관찰하고 , 그에 따른 여러 가지 현상을 관찰할 수 있었다 . 데이터 분석에서 상승체적을 구함으로서 우리는 실제 와류 이용 장비를 설계할 p 93~85Q A - The End -Theory 2011. 3. 22 Seminar T heory 강제 vortex 유동 다음 그림들과 같이 축을 중심으로 일정한 각속도 ω 로 회전하는 탱크 속의 유체는 어느 정도 시간이 흐르면 탱크와 함께 강체처럼 회전한다 . 여기서 유체의 밀도를 ρ, 반지름 r 과 높이 z 인 지점에서의 압력을 p 라고 하면 , 원통형 극좌표계를 사용하여 회전 유동장의 미소요소에 작용하는 힘들을 표시할 수 있다 . 먼저 z 축 방향에 대한 force-balance 는 Newton 의 제 2 법칙으로부터 다음과 같이 표시할 수 있다 . Theory and problems of fluid dynamics / William I. Fletcher / 1981 / 탑출판사 / p14~16Theory 2011. 3. 22 Seminar T heory 또한 , 회전축으로부터 r 만큼 떨어진 유체입자의 가속도의 크기는 rω 2 이므로 , r 축 방향에 대해서의 force-balance 는 다음과 같다 . 여기서 이므로 , 정리하면 또한 은 무시할 수 있으므로 , Theory and problems of fluid dynamics / William I. Fletcher / 1981 / 탑출판사 / p14~16Theory 2011. 3. 22 Seminar T heory 압력 p 가 r 과 z 의 함수로 나타내지므로 , 적분하면 이고 , boundary condition( ) 를 고려하게 되면 , Theory and problems of fluid dynamics / William I. Fletcher / 1981 / 탑출판사 / p14~16 가 되고 , 반지름 r, 각속도 ω 와 수면의 높이의 관계만을 고려할 경우 수면에서의 압력 p=p 0 이므로 ,Theory 2011. 3. 22 Seminar T heory 미소 수면높이 변화를 통한 상승체적의 계산 강제와류 운동 중 액체 표면의 높이의 변화를 통하여 각속도 ω 를 측정이 가능한데 , 탱크 밑바닥ow}

공학/기술| 2012.02.10| 36페이지| 1,000원| 조회(208)

화학공학실험, 유체, 와류, Vortex, 관계식, 결과세미나, 상승체적, 상승체적값, 액체부피

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