응용화공기초실험 1( 레이놀즈수 측정 )4-1 실험목적층류와 난류가 관을 통하여 흐르는 모양을 관찰함으로써 유동에 대한 역학적 근사성을 이해하고 레이놀즈수 NRe의 개념을 이해한다.4-2 이론뉴톤 유체가 표면이 매끄러운 긴 관을 통해 흐를 때 두 가지 형태의 흐름이 일어난다. 이 두 가지 형태를 구별하는 조건은 본 실험에 의해 구할 수 있다.레이놀즈는 실험에 의해 다음과 같이 흐름을 구별하는 식을 얻었다(1)여기서NRe : 레이놀즈 수, 무차원D : 관의 직경, mυ : 평균속도, m/secρ : 유체의 밀도, kg/m2μ : 유체의 점도, kg/m?s이 때 NRe4000이면 난류가 형성된다2-1 층류유동(Laminar Flow)원관을 통하여 물을 흐르게 할 때 유속이 충분히 느리면 물의 각 부분은 관축과 평행하게 움직인다. 이런한 흐름에서는 근접한 유체부분이 서로 섞이지 않고 마치 겹쳐놓은 카드가 미끄러지듯이 층상으로 움직이고 유선은 일직선이 된다. 이와 같은 흐름을 층류라 한다.2-2 난류유동(Turbulent Flow)원관을 통하여 유체가 흐를 때 유속이 커지면 층류와는 달리 유체의 각 부분이 관축과 평행하게 흐리지 않고 근접한 유체부분이 서로 섞이면서 대단히 불규칙한 흐름, 즉 난류(Turbulence)를 나타내게 된다. 이러한 흐름을 난류라 한다.그림 1.에는 층류와 난류의 거동을 도시적으로 나타내었다.그림 1. Schematic-laminar and turbulent flow.4-3 실험방법(1) 기기를 수평으로 설치하고 급수부에 물을 공급했다. 과튜브에 물이 넘칠때 유량조절밸브를 조절하여 유리관내에 흐름이 이루어지게 했다. 기기에 수면이 일정하게 유지시켰다.(2) 수면이 일정하게 되었을 때, 색소액을 주입하고, 관내의 흐름 상태를 관찰했다.(3) 드레인밸브를 75°씩 조절하여 색소선의 형태를 관찰하고, 용량 Q를 측정했다.(4) 난류가 3회 나올때까지 (3)의 과정을 반복하여 실험했다.(5) 온도계를 사용하여 수온을 측정했다.(8) 측정치를 기록하고 유리관의 단면적과 유량으로부터 유속을 구하고, 실험수온에 대한 동점도(Kinematic viscosity)를 도표에서 찾았다.4-4 Data Sheet4-5 실험 결과관의 직경 D = 2.2 cm동점도( at 수온 15℃ )관의 단면적V =t = 30 sQ =u =cm/s층류 : Re < 2100전이역 : 2100 < Re < 4000난류 : Re > 40004-6 고찰①층류(Laminar Flow)실험은 약 15°씩 밸브를 회전시키며 관찰하였다. NRe = 1.99 에서 9.22 사이에 Nozzle부근에서 색소액이 곧은 선으로 나왔으나 너무 낮은 유량으로 측정 튜브의 중간 범위부터 바닥으로 색소액이 흘렀다.NRe = 12.69에서 색소액이 미세하게 흔들리기 시작하였다.NRe = 1450에서 1749의 값이 되기까지 파장이 짧아지고 진폭이 커져갔다.②전이역층류의 실험이 끝나고 값이 너무 많이 나온다는 조원들의 의견으로 30°씩 밸브를 회전시키며 관찰하였다.NRe = 2416부터는 중반까지는 색소액이 보였으나 후반에서 색이 흐려져 보이지 않기 시작했다. 하지만 Nozzle부근에서는 파동모양의 색소액을 관찰할 수 있었으나 끝부분에 색소가 점점 불규칙하게 퍼지기 시작하여서 전이역과 난류를 육안으로는 구별할 수 없었다.③난류(Turbulnet Flow)NRe = 4612부터 이론적으로 난류였지만 전이역과 큰 차를 보이지 않았고 Nozzle부근에서는 색소액이 넓게 퍼져서 형태가 불규칙하고 혼잡하였다.