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Thermal Conductivity Measuring Apparatus

Thermal Conductivity Measuring Apparatus1. 실험목적- 실험을 통해 시료에 따른 열전도도를 계산해보고 이에 따른 열 손실을 계산해본다.2. 실험 이론 및 원리열전도 ( Heat Conduction ) : 물질의 혼합이동을 동반하지 않고 구성분자의열진동이 순차적으로 전달되어 이루어지는 전열열전도도 ( Termal Conductivity ) : 열의 전달 정도를 나타내는 물질에 관한 상수⑴ Fourier's Lawwhere,⑵ 접촉저항을 고려한 열전도도 계산정상상태(Steady-state)에서3. 실험도구Thermal Conductivity Measuring Apparatus, Standard Piece, Test Piece4. 실험방법⑴ 열전도도를 측정할 시편의 두께를 잰다.⑵ 시편을 설치하고 유량계를 통하여 냉각수를 일정량 하부로 통과시킨다.⑶ 전원을 넣은 후 온도와 냉각수량을 조절한다.(∵ 정상상태를 만들기 위해)⑷ 온도 지시계의 전환 스위치를 바꾸면서 온도를 읽고, 온도를 바꿔가며 실험한다.⑸ 동일실험을 3회 하여 평균치를 사용한다.5. 실험 data 및 결론CASE 1 : 구리위치지름(m)높이(m)시편14~5번0.040.004시편26~7번0.040.002구간50℃70℃50℃70℃147.260.4△T(1,2)1.64.2245.656.2△T(2,3)1.84343.852.2△T(7,8)1.634errerr△T(8,9)1.62.7537.338.8△T(9,10)1.72.8635.936.3△TR1.663.34732.630△T(6,7)3.36.383127Kx(시편2)10.731311.3101929.424.31027.721.5CASE 2 : 알루미늄위치지름(m)높이(m)시편14~5번0.040.00시편26~7번0.040.002구간50℃70℃50℃70℃144.558.9△T(1,2)24.2242.554.7△T(2,3)1.83.3340.751.4△T(7,8)0.91.64errerr△T(8,9)0.81.4533.738.2△T(9,10)1.11.4632.636.5△TR1.322.38730.833.5△T(6,7)1.83829.931.9Kx(시편2)15.644416.9244929.130.5102829.16. 고찰이번실험은 정상상태인 계에서 시료에 따른 열전도도를 구하는 실험이었다. 열전도란 물질의 혼합적인 이동을 동반하지 않고 구성 분자의 열진동이 순차적으로 전달되어 이루어지는 전열을 말하는데 이를 물질에 관한 수치로 나타난 것이 바로 우리가 구하고자 했던 열전도도이다.처음 수조에 물을 어느 정도 채우고 관을 통해 기준기둥으로 물을 흘려보낸 후 구리와 알루미늄 시편을 통해 열전도도를 구해야 하는데 열전도도 실험장치의 온도 센서 중 시편1과 밀접한 연관이 있는 4번 온도 센서의 고장으로 시편2의 열전도도밖에 구할 수 없었다. 온도차이가 시편 사이를 통과할 때 대체적으로 크게 나타났다. 그리고 50℃일 때보다 70℃일 때, 즉 온도가 높을수록 열전도가 잘 일어나는 것을 알 수 있고 구리보다는 알루미늄에서의 열전도가 잘 일어남을 알 수있다.이 실험에서도 생길 수 있는 오차의 원인이 있는데 첫째로 이 실험은 steady state 가정하에 계산한 값이라는 것이다. 실제 실험에서는 정상상태유지를 못하였으며 완전한 단열이라는 것을 가정하였지만 기기와 시편을 단열하여 주변을 막았음에도 불구하고 열이 실린더의 겉면적과 모든 방향으로 흘러 열손실을 일으켰을 가능성이 있다. 정확하게 가열되지 않은 물 때문에도 정확한 금속의 열전도도를 구할 수 없었다. 물의 온도를 일정하게 유지시키려 하였으나 그렇지 못하였고 시간이 흐를수록 열전달이 잘 일어나게 되는데 온도를 측정하는데 있어서 시간간격이 발생하기 때문에 오차가 발생할 수 있다.그리고 금속을 교체할 때에 실리콘을 발라주게 되는데 그 것도 원인이 될 수 있고 시편을 갈아 끼는 과정에서 실험을 하는데 열을 모두 식힌 후 다시 시편을 바꿔야 했는데 그러지 못하여 그 과정 중 전 실험에 대한 잠열이 남아있을 수 있다. 그러므로 구리의 실험을 한 후 완전히 식힌 후에 알루미늄을 갈아 끼워 잠열을 없앴어야 하는데 그렇지 못하였다.

공학/기술| 2012.04.23| 4페이지| 1,000원| 조회(172)

저항, 알루미늄, 열전도, 열전도도, 이동현상실험, 접촉저항, 종말속도측정, 열진동, 열전도도 계산

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베르누이 실험 평가A+최고예요

베르누이 실험1. 실험목적본 실험의 목적은 벤츄리 효과는 유체가 막힌 관을 따라 흐를 때, 선속도는 증가하고 에너지 보존법칙에 의해 압력은 감소하게 되는 것이다. 베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 이에 관한 식을 유도해낼 수 있고, 실험을 통하여 이를 확인하고 계산해본다. 유량 및 유속 측정에 유용한 기기의 사용법을 익히고, 유체흐름에 대해서도 이해할 수 있다. 또 이를 이용하여 실생활에 적용할 수 있다.2. 실험 이론⑴ 베르누이 방정식? 물리학의 '에너지 보존의 법칙'을 유체에 적용하여 얻은 식.? 물리학에서의 에너지 보존의 법칙과 동일한 뜻을 지닌 방정식이며 즉 운동유체가 가지는 에너지의 총합은 일정하다'라는 의미를 지닌 방정식? 주로 운동유체의 압력을 구할 때 사용 한다.(2) Venturi Meter차압식 유량계의 일종인 Venturi 유량계는 관로 일부분의 단면적을 축소시켜 유속과 압력과의 크기가 바뀌게 되는 원리를 이용하여 관의 단면 축소 전후 압력의 차이를 측정함으로서 유속과 유량을 측정한다.< Assumption >유체는 미소구간 내의 압력변화를 무시할 수 있는 비압축성 유체이다.축일(Shaft Work)은 없다. 정상상태의 흐름이다. 유량계는 수평흐름이다.마찰손실없다. 완전 발달의 흐름이다.(FullyTurbulent Flow :)가정에 의해 식은로 쓸 수 있고, 그러므로연속방정식이므로,에 대해 정리하면위 식은 마찰이 없는 비압축성 유체에 엄격히 들어맞는다. 작은 값이지만 마찰손실을 고려하기 위하여 실험인자(Venturi Coefficient)를 도입하여 수정하면,위 식을 이용하여 부피유량을 계산하여 낼 수 있다.⑵ Pitot Tube피토관은 유선에서의 국부속도를 측정하는 기구이다. 축일이 없는 평행흐름을 가정했을 때, 비압축성 유체에 대한 Bernoulli 식은 다음과 같이 표현할 수 있다.Where,: 국부속도마찰손실을 무시하고 국부속도에 대하여 정리하면 아래 식으로 정리된다.다른 유량계와 마찬가지로 위 식은 실제에 꼭 적용되지는 않는다. 따라서 보정인자를 사용하여 그 정확도를 높일 수 있다.3. 실험방법⑴ Power를 끈 상태에서 마노미터의 튜브 내에 있는 증류수의 눈금을 모두 Zero로 맞춘다.⑵ 공기 송풍기를 가동시켜 관내에 일정한 유속의 유체흐름을 만든다.⑶ 풍속계의 Voltage는 빨간 눈금을 넘어가지 않게 작동한다.⑷ Power를 올리고 유속을 조정하여 압력 손실을 벤츄리 미터와 피토관을 이용하여 마노미터로부터 읽는다.※ 주의사항 ※피토관은 단지 한 점에서의 속도를 측정한다. 반면에 속도는 파이프의 단면에서 위치에 따라 달라지기 때문에, 관 중심에서의 최대속도를 구하여 계산하거나 그래프를 이용해야 한다.⑸ 유속을 달리하여 위 실험을 반복한다.⑹ 벤츄리 미터의 압력강하를 이용하여 유량을, 피토관을 이용하여 유속을 각각 계산한다.< 베르누이 실험장치 >>< 벤츄리 관>> < 피토튜브>>4. 결과 data 및 결론도출1) 벤츄리 미터- 실험 DATA전압(V)△H(mm h₂O)풍속(m/s)1차2차평균1차2차평균305552.02.12.1535787.52.72.92.840911103.43.63.545131413.54.34.14.250181918.54.84.94.85551624205.55.55.560262726.56.26.06.165313231.56.66.76.65703638376.97.17.075444544.57.77.67.6580484948.58.08.18.0585555655.58.58.68.5590606361.59.09.19.05- 결과값 계산①②③④: 1기압 18℃일 때 유체(공기)의 밀도△H mm H₂O1 atm101325N/m²1 kg/m·s²10332 mm H₂O1 atm1N/m²⑤ △P == (9.807×△H)kg/m·s²⑥ u = p/π(0.015)²- 식을 이용해 계산한 결과전압(V)△H(mmh₂O)△P(kg/m?s2)q(m3/s)u(m/s)풍속(m/s)30549.0350.0068999.7648492.15357.573.55250.00844911.959452.8401098.070.00975613.809583.54513.5132.39450.01133616.045284.25018.5181.42950.0132718.783064.855520196.140.01379819.52975.56026.5259.88550.01588222.480376.16531.5308.92050.01731624.509586.657037362.8590.01876726.5632677544.5436.41150.02058129.131347.658048.5475.63950.02148630.412458.058555.5544.28850.02298532.533228.559061.5603.13050.02419534.246659.05- 전압에 따른 이론값과 실험값의 차이2) 피토 튜브- 실험 DATA전압(V)△H(mmh₂O)풍속(m/s)1차2차평균1차2차평균30total00.10.1522.12.15static0.20.20.235total0.30.30.32.72.92.8static0.50.50.540total0.30.30.33.43.63.5static0.50.70.645total0.50.50.54.34.14.2static0.80.80.850total0.50.50.54.84.94.85static0.81.00.955total0.70.70.75.55.55.5static1.21.21.260total0.70.70.76.266.1static1.31.31.365total0.80.90.856.66.76.65static1.51.51.570total0.90.90.96.97.17static1.71.61.6575total1.11.01.057.77.67.65static2.01.91.9580total1.11.11.188.18.05static2.02.02.085total1.21.21.28.58.68.55static2.32.42.3590total1.31.31.399.19.05static2.42.52.45- 결과값 계산①: 1기압 18℃일 때 유체(공기)의 밀도△H mm H₂O1 atm101325N/m²1 kg/m·s²10332 mm H₂O1 atm1N/m²② △P == (9.807×△H)kg/m·s²전압(V)△H(mmh₂O)△P(kg/m?s2)u(m/s)풍속(m/s)30total0.151.471051.5925743642.15static0.21.96141.83894647535total0.32.94212.2522402642.8static0.54.90352.90762967840total0.32.94212.2522402643.5static0.65.88423.18514872745total0.54.90352.9076296784.2static0.87.84563.6778929550total0.54.90352.9076296784.85static0.98.82633.90099456855total0.76.86493.4403538315.5static1.211.76844.50448052860total0.76.86493.4403538316.1static1.312.74914.6884119865total0.858.335953.7910852786.65static1.514.71055.03616233270total0.98.82633.9009945687static1.6516.181555.28197161575total1.0510.297354.213555717.65static1.9519.123655.74210852880total1.110.78774.3127117648.05static219.6145.81525935685total1.211.76844.5044805288.55static2.3523.046456.30359093190total1.312.74914.688411989.05static2.4524.027156.436312663- 식을 이용해 계산한 결과- 전압에 따른 이론값과 실험값의 차이5. 고찰이번 실험은 유량 및 유속의 측정에 유용한 Venturi-Meter, Pitot Tube 등의 사용법 및 원리를 이해함으로써 실제 공정상의 유체흐름과 유체의 특성 및 측정 방법에 대하여 이해하는 것이었다. 여기서 적용된 베르누이 정리는 저번 학기 유체역학에서 다룬 내용이기 때문에 더 친근하게 느껴졌다.실험방법은 그다지 복잡하지 않았다. 공기 송풍기를 가동시켜 관내에 일정한 유속의 유체흐름을 만들어 마노미터의 눈금만 읽고 이렇게 측정된 값을 위의 결론 도출 과정처럼 식에 대입하여 유량과 유속을 실제 값과 비교해 보는 것이다.그러나 첫 번째 단계에서 마노미터 내 증류수의 높이를 조절하는 법을 잘 몰라 시간이 많이 소요되었다.우선 주어진 데이터로부터 베르누이 방정식에 적용하기 위해서는 유체가 비점성, 비압축성 유체이며 1차원 정상상태 유동 하에서 이루어져야한다는 가정이 필요하다. 하지만 실제 실험에서는 유체가 점성을 가지고 압축성이며 마찰로 인한 손실이 발생한다는 점이 이 베르누이 방정식의 한계로 작용하였다. 그래서 보정인자를 사용하였지만 이는 일반적인 값이기 때문에 실제값과 이론값에서 차이가 발생한 것 같다.또한 풍속을 측정하는데 있어 몇 번의 실험을 행하였을 때 같은 전압하라면 풍속이 비슷하게 측정되어야만 한다. 하지만 우리 실험에서는 이 차이가 매우 커서 몇 번씩이나 다시 해야만했는데 결국 풍속계 사용법이 잘못되었다는 것을 알았다. 풍속계도 앞 뒤의 구분이 있는데 우리조는 이것을 제대로 구분하지 못하고 사용하였기에 값이 다른 것이었다.이번 실험에서 아쉬운 점은 변수가 전압의 세기뿐이었다는 것이다. 벤츄리미터는 유량측정 기구로서 신뢰할 만하며, 압력손실이 대단히 적어서 많이 사용하지만 목 지름과 파이프 지름의 비를 변화시킬 수 없었고 우리에게 주어진 벤츄리미터의 기구는 사이즈가 정해져있었기 때문이다.또한 벤츄리 미터와 피토관의 차이점에 대해서도 새로이 깨달을 수 있었다. 마지막으로 실험을 하면서 실험기구 사용법에 대한 올바른 이해가 절실하다는 것을 다시 한번 느끼게 되었다. 다음 실험에는 실험방법을 제대로 익혀 시간을 낭비하지 않고 좀더 안전하고 정확한 실험이 될 수 있도록 노력해야겠다.

공학/기술| 2012.04.23| 9페이지| 1,000원| 조회(1,474)

이동현상실험, Pitot tube, VENTURI METER, 피토관, 베르누이..

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베르누이실험-세미나한글파일

실험명 - 베르누이 실험실험 5조1. 개 요유체유동에 관한 공학적 문제들은 대부분 연속방정식(continuity equation), 베르누이방정식(Bernoulli equation), 충격량-운동량의 원리(impulse-momentum principle)를 사용하여 해석 할 수 있다. 본 유체역학 실험에서는 베르누이방정식에 관한 실험, 관마찰계수 측정 실험, 유량 측정 실험, 관내 유속 분포 측정실험, 충격량-운동량원리에 관한 실험 등을 통하여 이들에 대한 이해와 해석능력을 도모하고자 한다.2. 실험 목적본 실험의 목적은 벤츄리 효과는 유체가 막힌 관을 따라 흐를 때, 선속도는 증가하고 에너지 보존법칙에 의해 압력은 감소하게 되는 것이다. 베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 이에 관한 식을 유도해낼 수 있고, 실험을 통하여 이를 확인하고 계산해본다. 유량 및 유속 측정에 유용한 기기의 사용법을 익히고, 유체흐름에 대해서도 이해할 수 있다. 또 이를 이용하여 실생활에 적용할 수 있다.3. 이론 및 원리1) 베르누이 방정식 (Bernoulli equation)? 물리학의 '에너지 보존의 법칙'을 유체에 적용하여 얻은 식.? 물리학에서의 에너지 보존의 법칙과 동일한 뜻을 지닌 방정식이며 즉 운동유체가 가지는 에너지의 총합은 일정하다'라는 의미를 지닌 방정식? 주로 운동유체의 압력을 구할 때 사용 한다.? 유체역학에서 가장 중요한 방정식이라고 할 수 있다.베르누이의 정리위의 그림을 통해 속력과 압력이 반비례 하다는 것을 보여준다.2) 베르누이 방정식의 유도방법- 에너지 보존법칙에 의한 유도※ 에너지 보존법칙(일-에너지 정리): 질점에 작용하는 알짜 힘이 한 일은 질점의 운동에너지의 변화와 같다.㉮ 가해진 일,는 같으므로==라 두면㉯ 위치에너지의 변화량㉰ 운동에너지의 변화량㉱ 일-에너지 정리 적용이 되므로,위 식에서를 약분하고 각 항별로 정리하면,㉲ 베르누이 방정식압력 단위()로 표현한 베르누이 방정식(일정)액체의 경우 사용하는 베르누이 방정식의 경우? 수두(Head)수두로 나타낸 방정식의 각 항은 단위가 [m]이다. 이는 [N·m/N]=[J/N]이 된다.즉,각 항은 단위중량당의 유체가 가지는 에너지를 나타내고 있다.② 유선을 따라 운동하는 유체입자가 가지는 에너지의 총합은 유선상의 임의의 점에서 항상 일정하고 불변하다.→[압력E + 속도E +위치E = 일정]의 형태로 구성되어 있다.이는 에너지 보존법칙 [포텐셜E(위치E+탄성E)+속도E= 일정]과 같은 형태로 되어있다.따라서, 베르누이 방정식을 에너지 방정식이라고 부르기도 한다.4) 수두 단위 베르누이 방정식에서 각항의 물리적 의미→ 위치수도+속도수도+압력수두= const㉮ 압력수두?압력에너지를 액체의 높이로 표시한 것?1기압(1at)의 물이 갖는 압력수두는또는(이므로)이와 같은 상태의 물이 갖는 압력에너지는 무게 1[N]당 10[J]의 의미를 가진다. 물을 수직높이 10[m]까지 올릴 수 있는 압력에너지를 갖고 있다.㉯ 속도수두? 속도 에너지를 액체의 높이로 표시한 것? 위의 그림에서 만약 물 속 10[m] 아래까지 유리막대가 꽂혀 있다하면① 왼쪽 그림에서는 속도는 물기둥을 올리는데 관계하지 않고 물의 압력만 관계한다.즉, 압력수두 10[m]가 된다. 이러한 압력의 표현을 정압이라고 한다.② 오른쪽 그림에서는 속도가 물기둥을 더 올리고 있다. 이때 올라가는 높이는가 된다.만약 점 A에서의 유속이 1[m/s]라고 한다면,가 된다. 1[N]의 유체가 속도 1[m/s]로 운동할 때 갖는 에너지는 0.05[J]이 된다. 따라서 압력 1at의 물이 1[m/s]로 운동하는 경우 1[N]의 물이 가지는 압력에너지는 10[J], 속도에너지는 0.05[J]이 된다.㉰ 전수두 : Total head? 유체가 가지는 에너지의 총합(H[m]이면, 1[N]당 H[J]의 에너지를 가짐)? 그림에서 H로 나타나고 있다.? 그림에서 E.L이란 Energy Line으로서 각 지점에서의 전수두를 연결한 선을 말한다. 만약 흐름중에 손실이 없다면, 에너지 보존법칙에 의해(또는 베르누이 방정식)?????이다.? 그림에서 H.D.P 는 Hydraulic Datum Plane의 약자로서 ‘수력기준면’이라고 한다.(위치에너지의 상대비교를 하기 위해 임의로 설정한 기준면을 의미한다.)? 그림에서 점1에 비해 점2의 유체는 위치에너지가 커졌고, 속도에너지가 작아졌다.따라서 연립 방정식에 의거하여 점2의 유체는 점1의 유체와 전체 에너지가 같아지도록 압력 에너지가 정해진다는 것을 의미하고 있다.5) 기체에 대한 베르누이 방정식에서 각 항의 물리적 의미? 기체의 위치에너지는 무시해도 좋을 만큼 다른 에너지에 비해 작다? 기체는 확산하는 성질로 인하여 水頭의 의미로 표현하기는 곤란? 압력단위식에서 위치에너지의 항을 무시한 경우의 식이다.① 정압? 압력에너지를 압력의 단위로 나타내는 항 [Pa]② 동압? 속도에너지를 압력의 단위로 나타내는 항 [Pa]③ 전압? 전체 에너지(압력에너지+속도에너지) 를 압력의 단위로 나타내는 항 [Pa]6) 실험 중점 관련 이론이 실험의 주목적은 유로를 따라 작용하는 전압(total pressure)과 정압(static pressure)의 분포를 측정하고, 베르누이 정리에 의해 속도를 계산하여, 연속방정식에 의해 예측되는 결과와 비교하고자 한다.일반적으로 전압을 P, 정압을 p, 유체의 밀도와 유속을 각각와 u 라 하면,(1)의 관계가 베르누이 방정식에 의해 성립하는데, 이 식에서 우변의 첫째 항을 특히 동압(dynamic pressure)이라 한다. 만일 유동이 정상류(steady flow)이고, 비압축성, 비점성유동이라 가정하면, 전압은 유로 내에서 일정하게 유지되어야 한다.Dimensions of Convergent-Divergent ductMeasurement of Total and Static Pressure가 공기상자(air box)에서의 전압을 표시한다고 하고, 베르누이 정리가 이 유동에 대해 유효하게 적용된다고 가정하면, 관로를 따라 측정된 전압력 P의 값은 일정하고 압력와 같을 것이다.첫 번째 그림은 공기상자로부터 출발하여 Pitation point)인 선단부에서 일시적으로 속도가 0이 된다. 그러므로, Pitot tube의 선단부에 유동에 수직하게 뚫린 구멍을 통해 가운데 관에서 측정되는 압력은 전압 P의 국부적인 값이 된다. 베르누이 방정식이 공기상자로부터 이어지는 유선의 전체길이를 따라 적용된다고 가정하면, P는 어느 곳에서나 초기 전압력와 같게 될 것이다. 정압 p는 Pitot tube의 측면에 유동에 평행하게 뚫린 구멍을 통해 Pitot tube의 바깥 쪽 관에서 측정된다. 이렇게 측정된 전압과 정압의 차로써 위의 식 (1)에 의해 국부적인 속도를 구할 수 있다.압력의 값은 공기상자 내에서의 속도가 전압과 정압사이의 차 P-p가 무시될 수 있을 정도로 작기 때문에, 벽에 설치된 정압공( static pressure hole)을 통해 쉽게 측정될 수 있다.▶ Pitot Tube 속도측정계압력의 계산치와 측정치를 비교하기 위해서는 베르누이 방정식과 연속 방정식을 모두 사용해서 다음과 같은 식들을 유도해야한다. 유동이 1차원이라고 가정하고, 어떤 선택된 단면상의 속도가 균일하다고 가정하면 비압축성 유동에 대한 연속 방정식은 다음과 같은 일정한 체적유량을 줄 것이다.여기서 첨자 t는 목(throat)을 나타낸다. 유로를 따르는 속도의 분포는 위 식으로부터 다음과 같은 형태로 쓰여질 수 있고, 유로의 깊이는 일정하기 때문에 단면적은 유로의 폭에 비례하게 된다. 따라서 다음과 같은 관계가 성립한다.(2)식(1)로부터 속도 u를 구하면 다음과 같다.또한 목(throat)에서의 속도도 같은 식으로 구하면 다음과 같이 나온다.위 두 식으로부터 속도비를 구하면 아래와 같이 압력의 항으로만 표현된다.(3)식(3)의 우변은 측정된 압력분포로부터 계산될 수 있고, 따라서 (2)와 (3)을 서로 비교 할 수 있게 된다.? 에너지구배선(Energy Grade Line ; EGL)총수두 :? 수력구배선(Hydraulic Grade Line ; HGL)위치수두와 압력수두 :7) 관계식(: 대기압)4. 실험 조절하여 압력과 속도를 변화 시킬 수 있다.벤츄리 미터의 지름변화구간피토 튜브를 이용한 측정▶ 피토관에 대한 설명피토 튜브는 유체의 흐름 속도를 측정하는 계측 센서로 발명자인 Henri Pitot를 기념하여 명명되어 Henry Darcy에 의해 개량되었다. 항공기의 속도계, 풍동 등에 사용된다.① 구조기본적인 구조는 2중의 관으로 이루어지며 안쪽 관은 앞단 부분에, 외측의 관은 측면으로 각각 구멍이 열려 있다. 두 개의 관은 안쪽에서 압력센서를 사이에 두어서 그 압력 차이를 잴 수 있게 되어 있다.센서의 앞단을 흐름 방향에 맞추고, 측면의 구멍(외측의 관)은 흐름의 영향을 받지 않기 때문에 여기에는 정압을 생성된다. 한편, 앞단에 있는 구멍(안쪽의 관)에는 정압과 흐름에 의한 동압을 합한 전체 압력을 알 수 있으며, 이 전체 압력으로부터 정압을 뺀 차압(동압)을 측정해 베르누이의 식을 적용하여 유체의 속도를 계산할 수 있다. 이와 같이, 측면 구멍(정압구멍)을 통해 한번에 전체 압력과 정압 모두를 측정하는 타입을 피토 정압 튜브라고 불린다. 좁은 의미에서 센서는 는 측면으로 정압용 구멍을 가지지 않고, 전체 압력만을 측정하는 것이다. 이 경우 정압은 센서와 다른 위치에 설치된 정압구멍으로부터, 센서 혹은 계기로 유입된다. 이 피토관은 주로 항공기에 부착되어 유속을 읽는데 많이 이용된다.F-18 의 Pitot TubeAOA VANE 과 PITOT TUBE5. 실험 방법⑴ Power를 끈 상태에서 마노미터의 튜브 내에 있는 증류수의 눈금을 모두 Zero로 맞춘다.⑵ 공기 송풍기를 가동시켜 관내에 일정한 유속의 유체흐름을 만든다.⑶ 풍속계의 Voltage는 빨간 눈금을 넘어가지 않게 작동한다.⑷ Power를 올리고 유속을 조정하여 압력 손실을 벤츄리 미터와 피토관을 이용하여 마노미터로부터 읽는다.※ 주의사항 ※피토관은 단지 한 점에서의 속도를 측정한다. 반면에 속도는 파이프의 단면에서 위치에 따라 달라지기 때문에, 관 중심에서의 최대속도를 구하여 계산하거나 그래프

공학/기술| 2012.04.23| 12페이지| 1,000원| 조회(500)

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Double Pipe Heat Exchanger

Double Pipe Heat Exchanger1. 실험목적(1) 간단한 열교환기의 기본식을 연구한다.(2) 열교환기의 열수지를 계산한다.(3) 총괄전열계수(Overall Heat Transfer Coefficient)를 실측하고 유체의 유량과의 관계를 연구한다.2. 실험 이론 및 원리(1) 이중관열교환기이중관(double-pipe) 열교환기는 관안에 동축으로 배치된 또 하나의 관으로 구성되어 있다. 한 유체는 내부관을 통해 흐르고, 다른 유체는 두 관 사이의 환상공간을 흐른다. 만약 두 유체가 같은 방향으로 흐르면 병행류(parallel flow)라고 부르고, 반면에 두 유체가 반대 방향으로 흐르면 대향류(counter flow)라고 부른다.(2) 이중관 열교환기의 열 수지식이중관식 열교환기의 전열량은 정상 상태에서 에너지평형과 냉각식으로부터 고온유체가 방출한 열량은 저온유체가 흡입한 열량과 같다.(3) 장치 내의 각 유체의 온도변화① 병류 :② 향류 :총괄 전열 계수가 온도차에 따라 직선적으로 변한다고 가정하였을 때(4)열교환기의 효율① 병류 :where,② 향류 :where,(5) 총괄 전열 계수이중관 열교환기에 있어서 총괄전열계수 U는 오염인자를 무시할 경우,① 외부면기준② 내부면기중3. 실험기구(1) 이중관 열교환기(2) 온도계(3) 압력계(4) 밸브(5) 유량계4. 실험방법⑴ 수증기 응축 열교환기의 외관에 수증기를 10 psig가 되도록 조절하여 보내고 내관에는 밸브를 조절하여 일정한 속도로 냉수를 보낸다.⑵ 정상상태에 도달하면 내관의 출입구의 온도를 측정한다.⑶ 수증기의 소비량을 알기 위하여 응축물의 양을 직접 평량하여 측정한다.⑷ 모든 실험치는 정상상태에서 측정하여야 하며 적어도 4번이상 유속을 변화시켜서 실험치를 얻어야 한다.⑸ 밸브를 조작하여 병류와 향류로 각각 실험한다.5. 실험 data 및 결과(1) 항류향류온도유량(L/min)질량유속(kg/h)시간Hot(℃)Cold(℃)HotColdhotcold(min)inmidoutinmidout80 ℃66355.6933359.7757078.5716513.323.233.4270.363.658.41320.829.8465.159.154.61319.928126711.3866359.7757078.373.168.313.825.434.5269.56561.112.922.532.1463.459.456.312.921.229.650℃66349.8476359.7757034.533.530.313.11718.7238.836.134.21316.319.1438.735.9341316.319.2116641.3873359.7757040.538.4371317.321.2236.93533.91316.720434.833.1321316.319.3온도유량(L/min)q△Tm전열효율AUUHotCold(kcal/h)(℃)nhπ*di*Lq/A△TmW/m^2℃80 ℃6636100.05546.389467160.2070550.0078699057.42115126.7330830.94841.301268810.2076790.0078695021.53110436.1327394.24737.932106210.2015360.0078691928.66106841.5312665025.27147.508186240.1550390.00786174225.7202488.9956576.96841.273301990.148410.00786174489.4202795.4348329.83437.344476870.1405940.00786164735.6191459.3750℃6610452.31216.002983120.1962620.0078683139.9996627.14211411.79319.97462110.1782950.0078672723.3584520.69111624.6819.751249820.1828790.0078674917.7987071.1211621197.18921.112423910.1272730.00786127802.3148534.6818138.18118.450537890.1255230.00786125136.3145436.1616677.12616.842246270.128440.00786126043.3146490.31(2) 병류병류온도유량(L/min)질량유속(kg/h)시간Hot(℃)Cold(℃)HotColdhotcold(min)inmidoutinmidout80 ℃66355.6933359.7757079.674.573.113.42733.3273.166.16113.222.730.5465.559.455.113.121.127.8126711.3866359.7757076.875.272.31329.340.92716662.41323.932.9464.159.756.81322.230.150℃66349.8476359.775703837.835.413.116.519.4237.435.133.212.815.81943633.932.112.815.618.5116641.3873359.7757035.734.732.912.916.419.3239.437.636.212.816.720.5438.536.835.412.816.520.3온도유량(L/min)q△Tm전열효율AUUHotCold(kcal/h)(℃)nhπ*di*Lq/A△Tm(W/m^2℃)80 ℃6628414.6351.885410610.0981870.0078669710.0381018.54731584.02743.558793650.2020030.0078692297.55107270.2726963.74138.495758210.1984730.0078689159.12103622.7112649320.66745.701692520.0705330.0*************655.6758186.16142.156473910.1482760.00786175692.8204194.0749615.22937.589297780.1428570.00786168015.5195271.3350℃669528.572720.123040810.1044180.0078660274.3870052.22711099.90918.926142390.1707320.0078674654.4786765.08610245.38217.974751570.1681030.0078672554.4184324.34311616785.05917.805621870.1228070.00786119995.3139461.2119599.23620.673285140.1203010.00*************54.6819030.60819.9324460.1206230.0*************247.176. 고찰이번 실험은 이중관에서 유체가 흐를 때, 열교환이 어떻게 일어나는지 알아보는 실험이었다. 우리가 사용한 열교환기는 더운 유체의 온도는 일정하게 유지시키고 찬 유체의 유량과 흐름을 바꿔가면서 실험할 수 있었다.우리 조는 더운 유체의 온도가 80℃, 50℃ 일 때의 열교환을 비교해보았다,먼저 일반적으로 유속이 빨라지면 관 벽과 접촉하는 시간이 상대적으로 줄어들어 전열계수는 작아질 것이라 예측했지만 실제 실험에서는 그렇지 못한 경우도 많았다. 또한 온도가 높아질수록 전열계수는 커지는데 이는 찬 물과 온도 차이가 커져 열의 이동이 빨리 일어나기 때문이다.또한 각 개별총괄전열계수를 구해보니 거의 비슷하지만 처음과 나중을 비교해 볼 때 대체로 뜨거운 물의 경우, 나중으로 갈수록 온도가 줄어들어 개별전달계수는 작아지고 차가운 물의 경우, 나중으로 갈수록 온도가 올라가서 개별전열계수는 커지는 경향을 보였다.효율에 대해 살펴보자면 전체적으로 유속이 빨라질수록 효율이 작고, 온도가 높을수록 효율이 빨라지는데 병류일때보다 향류일때의 효율이 더 높음을 보인다. 효율은 소득을 투자로 나눈 값으로 향류와 병류에서 투자라고 할 수 있는 뜨거운 물의 온도는 같았지만, 처음 투입된 찬물의 온도와 나중에 찬물의 온도를 비교해 보면, 향류일 때 온도차가 더 큰 것을 봐서 같은 열량을 투입했을 때 향류가 병류보다 효율이 높다고 할 수 있다.실험을 하면서 오차가 난 이유가 있는데 온도를 들 수 있다. 처음 온도를 일정하게 맟주고 시작해야 하는데 열교환기를 가동하기 직전에 자꾸 변하였고 뜨거운 물의 온도는 일정하게 유지되야 하는데 찬물에 의해 온도가 좀 낮아진 물을 계속 순환하여 사용했기 때문에 정확한 값이 나올 수 없었다. 또한 파이프 내에 마찰인자가 숨어있을 수도 있고 유량을 변경하는 것도 사람의 눈으로 맞춘 것이라 정확하지 않고 실험이 계속되는 동안 추가 변화하는 등의 변화를 보였기 때문에 실험 도중 힘든 점도 있었다. 또한 여러 경유를 비교해서 실험해야 하기 때문에 실험 시간도 역시 오래 걸렸다.마지막으로 실험을 하면서 이중관 열교환기를 통해 유량에 따라서 열전달량이 다르다는 사실을 알 수 있었고 병행류와 대항류의 두 가지 실험을 통해 어느 것이 더 효과적인 알 수 있었다.또한 이번 실험을 통해서 열전달에 대한 이론이 어떤 실험을 통해 나왔고 실생활에서는 어떻게 작동되고 어떠한 방식으로 이루어지는 알수 있었던 시간이었다.

공학/기술| 2012.04.23| 5페이지| 1,000원| 조회(241)

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Efflux time

1. 실험목적energy balance 와 mass balance를 적용하여 탱크로부터의 유체의 유출시간(efflux time)을 이론적으로 유도하여 실험치와 비교해 보고 유체의 유출속도에 영향을 미치는 성질들을 이해한다. 또한 실험의 흐름이 층류인지 난류인지를 구분하여 본다2. 실험 이론 및 원리⑴ Hagen-Poiseuille 식모멘텀 수지식으로부터 식을 얻으면, 압력구배의 식을 얻을 수 있다.Hagen-Poiseuille식은 층류일 경우에만 적용되는 식임에 주의해야 한다.⑵ Bernoulli 식마찰손실과 기계적 에너지를 포함하는 Bernoulli식을 나타내면 다음과 같다.where,: Shaft Work: Total Friction Loss: Efficiency: 평균유속① 층류에서의 유출시간② 난류에서의 유출시간③ 유속 구하는 식④ 레이놀드수 Re 구하는 식→ 수조에 유체를 채운 뒤 유체가 흘러 나가는 관의 길이, 직경을 바꾸면서 그 성질들이 유체의 유출속도에 미치는 영향을 확인한다. 유체의 온도에 따른 밀도와 점도, 유출량 등을 알면 수지 식으로부터 유체속도의 이론값을 얻을 수 있다.3. 실험기구Stop Watch, Beaker, Mass Cylinder, Caliper, ThermometerZ1Z2DoRoLHhDR(Equipment for Efflux Time)4. 실험방법① 직경과 길이를 알고 있는 파이프를 수조에 연결시킨다.② 수조에 물을 채운다.③ 액면이 정해놓은 위치까지 내려오는데 걸린 시간을 측정한다.④ 다른 파이프에 대하여도 이와 같은 실험을 되풀이 한다.⑤ 실험치와 이론치를 비교하여 층류인지 난류인지 구별한다.5. 실험결과D0(m)L(m)T (초)T 평균 (초)유출량 (mL)유속(m/s)Re형태구분T effluxTs0.00550.647.447.00320871.86987848.251난류111.2650.42244245.9847.630.00550.26447.1845.2320741.93108105.155난류97.1260.46568445.2543.260.00550.09342.7842.5520462.02498499.339난류85.440.4980142.6842.190.00550.14941.5641.59320952.121128903.06난류74.0460.56171842.0641.160.0030.264169.92168.9910840.907922078.64전이576.5970.293082168.6168.460.00250.05170.1169.4410641.27993418.72전이503.3220.336643169.211690.01020.092625.85329751.408910967.61난류13.8491.86677725.925.66?물의 온도 측정 : 10℃?레이놀즈 수= 0.9994 kg/L (물이 10℃ 일 때)= 0.00131 kg/m.s?난류에서 유출시간H = 탱크의 액면 높이 [=0.26m]h = 남은 물의 높이 [=0.16m]R = 탱크 반경[=0.08m]6. 고찰이번실험은 유체의 관을 통한 유출속도를 측정하는 실험이었다. 이 실험은 겉으로 보기엔 단순히 시간을 측정하는 실험이지만 사실상 유체의 유출속도를 우리가 마음대로 조절할 수 있는 능력을 얻기 위한 측정 실험 중 하나였다. 이 실험을 통해서 우리는 유체가 흐르는 관의 직경과 길이에 따라 유체의 유출시간이 어떻게 달라지는지 알 수 있었다. 육안으로 보았을 때 관의 길이가 길어질 수 록 또는 직경이 좁아질 수 록 유체의 유출속도가 작아진다는 것을 알 수 있었다. 또한 에너지, 질량수지식을 이용하여 이론적인 시간을 예상 할 수도 있었다. 때문에 이러한 수지 식들을 사용하면 우리가 원하는 유출속도를 내기 위한 파이프의 길이, 직경을 결정할 수도 있다는 것을 알 수 있었다.유출속도의 이론값을 구하기 위해서는 유체의 흐름형태가 난류인지 층류인지 먼저 파악 후 그에 맞는 식에 대입하여야 하기 때문에, 레이놀즈 수를 먼저 구해보았다. 흐름형태는 난류와 전이영역, 두 부분으로 구분되었고 전이영역도 난류와 같이 다음과 같은 식을 통해 이론 유출시간을 구해보았다실험 결과를 보면 같은 직경의 관은 길이가 길수록 유출시간이 더 오래 걸리고, 짧을수록 빨랐다. 그리고 길이가 같을 경우는 직경이 클수록 유출시간이 짧고, 작을수록 오래 걸렸다. 그 차이는 측정값에서는 큰 차이를 보이지 않았지만 이론치를 보면 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 측정치와 이론치가 차이가나는 원인은 여러군데 있었다. 온도는 물이 유출되면서 마찰로 인해 온도 변화가 생길수 있는데 처음 측정된 10℃를 기준으로 점도와 밀도를 구했기 때문에 정확하지 않을 수 있다. 탱크의 지름 측정에 있어서도 Caliper의 길이가 짧아 다른 도구를 이용한 점과 시간을 재는 과정에서도 오차가 발생할 수 있다 또한 탱크의 수두차를 알 수 있는 관과 탱크를 연결하는 관이 있었는데 이것이 휘어져 있어 높이변화 측정값이 정확하지 않았을 것이다.

공학/기술| 2012.04.23| 5페이지| 1,000원| 조회(212)

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