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레이놀즈수 실험 보고서 평가A+최고예요

레이놀즈 수 측정생명화학공학과3조박상현장성욱정희석조아라1. 실험 목적Reynolds 실험 장치를 이용하여 관을 통과하는 유체의 흐름 모양을 시각적으로 관찰하여 층류인지 난류인지 천이영역인지를 파악한 후 각각의 평균 유속을 측정하여 Reynolds 수를 계산하고 Reynolds 수와 흐름형태(층류, 난류)의 관계를 파악한다.2. 실험 이론★ 레이놀즈수 (Reynolds Number)란?레이놀즈 수란 유체역학에서 유체가 유선류 또는 층류 처럼 정상류인지 혹은 난류처럼약간의 요동을 가지지만 평균적으로는 정상류인지를 나타내는 수이다. 레이놀즈 수가 약2,000보다 작으면 층류가 되고 2,000보다 커지면 난류가 된다. 실제로는 층류에서 난류로바뀌는 레이놀즈 수가 항상 정해진 값이 아니라 작게는 1,000~2,000에서부터 크게는3,000~5,000의 넓은 범위에서, 층류에서 난류로 전이한다.영국의 공학자·물리학자인 오즈본 레이놀즈는 관에 흐르는 유체가 층류에서 난류로바뀌는 전이가 유체가 흐르는 평균속도, 관의 지름, 유체의 밀도를 곱한 값을 절대점성도로나눈 값에 의존함을 증명했다. 이 값을 레이놀즈 수라 부르게 되었으며, 이것은 차원이없는 수치이다. 유체가 에워싸여 흐르거나 물체가 유체에 온통 잠겨서 움직이는 경우와같은 다른 형태의 유체에도 레이놀즈 수를 적용할 수 있다.-층류 : 유속이 느릴 때 착색액이 일직선으로 흐르는 경우, 즉 물의 입자가 흐트러지지 않고 일직선의 층을 형성하여 흐르는 흐름 , Re < 2100-난류 : 유속이 빠를 때 착색액이 흐트러져 흐르는 경우, 즉 물의 입자가 상하 전후 흐트러져서 흐르는 흐름 (잉크가 임계속도를 넘으면 유체는 소용돌이를 이루면서 흐르기 때문에 관 전체에 잉크가 퍼지게 됨) , Re> 4000-임계속도 : 층류에서 난류로 변하게 되는 지점층류 난류 전이- 2100~4000의 범위에서는 층류에서 난류로 전이하는 현상을 보이는데 이 경우를임계속도(난류가 되기 직전의 유속)라고 함※ 레이놀즈수(Re: Reynolds Numbe)는 항상 물을 가득히 채운다.2)염료주입 노즐이 올바른 위치에 부착되어 있는지 확인한다.3)유량조절밸브 ②을 약 ½ 회전하여 열어준다. 그 후 수도 콕 ①을 서서히 열고 급수된 물이 넘칠 때까지 그대로 둔다.2. 주의 사항급수 시 물이 강하게 흐르면 액면에 물결이 생겨 정확한 측정이 안되므로 유입구에 glass wool을 대어 유입시 생기는 물결을 안정시킨다.3. 측 정1) 수조에 물을 공급하여 항상 일정한 수두를 유지하게 over flow 시킨다.2) 수조 위에 있는 잉크 주입 용기에 잉크를 채운다.3)수조 내의 물이 투명 측정관을 통해 외부로 흘러나갈 수 있도록 유량조절 밸브 ②을 서서히 열어 유출 시킨다.4)염료(잉크)주입 콕을 열어 용액을 측정관에 흘러 보내 유량변화에 따른 잉크의 착색정도를 관찰한다.5)유량조절 밸브 ②을 서서히 열어 유량을 변화시키면서 흐름의 상태를 관찰한다.(층류와 난류 상태를 본다.)6)유량의 측정은 저울대 위에 수기를 놓고 흘러 떨어지는 물을 받아서 유량을 측정하고동시에 초시계로 유출시간을 측정한다.7)측정이 끝나면 밸브 ①을 닫고 열료주입 콕 ③을 잠근다.8)배수밸브를 열어 수조 중에 있는 물을 배수시킨다.5. 실험결과-레이놀즈 수 구하는 방법※ 레이놀즈 수 ={ DG} over {υ }※ 동점도(υ) = 점도/밀도(물의 온도: 8℃)▶ 점도 : 1.386 cp{(1.386cp) TIMES (1㎏)} over {1000cp?m?s } = 0.001386㎏/m?s▶ 밀도 : 0.99988 g/cc{ 0.99988?1cc?1000㎖?1ℓ?( { 100㎝)}^{3 }?1㎏ } over {cc?1㎖?1ℓ?1000㎤?1㎥?1000g } =999.88㎏/㎥⇒동점도{ 0.001386㎏?㎥} over {m?s?999.88㎏ } =1.386 TIMES { 10}^{-6 }㎡/s▶ 관의 단면적 : (0.001m)² x 3.14=0.000314m²(지름 2cm)▶ 실유량(m³/s)Q(유량)의 단위는 m³/s임으로 mL를 전부 m³로 환산한 뒤에) G:평균유속(m/s) υ:동점도(m²/s) >ex){0.02m?7.03 TIMES 10 ^{-2} m/s} over {1.386 TIMES 10 ^{-6} ㎡/s} =1014.43 -> 층류실험1.유량(ml)시간(s)실유량(m³/s)평균유속(m/s)레이놀즈 수구역199083.731.18TIMES { 10}^{-5 }0.037543.36층류298529.563.33TIMES { 10}^{-5 }0.1061531.33층류399514.466.88TIMES { 10}^{-5 }0.2193162.21천이410009.731.02TIMES { 10}^{-4 }0.3274723.06난류59907.541.31TIMES { 10}^{-4 }0.4186033.93난류69856.161.59TIMES { 10}^{-4 }0.5097348.39난류79955.051.97TIMES { 10}^{-4 }0.6279053.22난류89904.212.35TIMES { 10}^{-4 }0.74810806.62난류실험2.유량(ml)시간(s)실유량(m³/s)평균유속(m/s)레이놀즈 수구역199044.752.21TIMES { 10}^{-5 }0.0731014.43층류299516.186.14TIMES { 10}^{-5 }0.1952813.85천이398510.289.58TIMES { 10}^{-5 }0.3054401.15난류49908.341.187TIMES { 10}^{-4 }0.3785454.54난류59854.442.218TIMES { 10}^{-4 }0.70610187.59난류69953.193.119TIMES { 10}^{-4 }0.99314329.00난류710003.013.322TIMES { 10}^{-4 }1.02614805.19난류(1~7 까지 벨브를 두칸 차이로 돌렸습니다.)실험3.유량(ml)시간(s)실유량(m³/s)평균유속(m/s)레이놀즈 수구역199554.561.82TIMES { 10}^{-5 }0.058836.94층류299015.396.11TIMES { 10}^{-5 }0.1942811.이놀즈 수구역199548.332.05TIMES { 10}^{-5 }0.065946.11층류299017.385.69TIMES { 10}^{-5 }0.1812614.86천이39859.939.92TIMES { 10}^{-5 }0.3164558.52난류49906.791.46TIMES { 10}^{-4 }0.4646700.43난류510004.062.46TIMES { 10}^{-4 }0.78411319.07난류69952.803.55TIMES { 10}^{-4 }1.13016314.18난류79852.743.59TIMES { 10}^{-4 }1.14516520.48난류실험5.유량(ml)시간(s)실유량(m³/s)평균유속(m/s)레이놀즈 수구역199047.222.09TIMES { 10}^{-5 }0.066963.48층류298516.296.04TIMES { 10}^{-5 }0.1922778.76천이39859.979.87TIMES { 10}^{-5 }0.3144535.80난류49958.401.18TIMES { 10}^{-4 }0.3755422.74난류59905.381.84TIMES { 10}^{-4 }0.5868456.48난류69953.482.86TIMES { 10}^{-4 }0.91013139.56난류710002.723.67TIMES { 10}^{-4 }1.16816865.65난류- 층류 -- 난류 -층류와 난류의 확연한 차이가 보입니다!층류는 파란 줄 같은 것이 보이는 반면 난류는 잘 보이지 않습니다.** 유속에 따른 레이놀즈 수6. 이용분야①열교환기:열교환기등의 경우에 파이프를 통해서 열이 전달되는 속도는 벽면의 경막을 줄여야 열이 잘 전달되는데 이때 경막 전달계수는 레이놀즈수와 관계가 되기 때문에 열교환기설계에서 레이놀즈수를 사용합니다. 또, 전술한 속도측정시 오리피스에 의해 유속을 측정할 경우에 그 계수를 결정하는데에도 레이놀즈수가 적용됩니다.②파이프 세척:물로 파이프를 세척하려고 할 때 효과적으로 파이프를 씻어주려면 완전난류가 형성되어야 함으로 이때, 유속을 얼마로 할 난류로 바뀌게 되어 마찰 저항이 커지게 된다. 항공기는 이러한 마찰 저항을줄이기 위하여 층류 에어포일을 사용하며 층류가 난류로 바뛰는 것을 될 수 있는한 늦춰주고(보다 앞전쪽에서 멀리 떨어진 뒷전쪽에서 천이되도록) 있다.⑤조선소 또는 선박 및 추진기(프로펠러) 연구소:레이놀즈 수를 많이 사용하는 곳은 조선소 또는 선박 및 추진기 연구소 입니다.선박의 경우 유조선같은 대형선은 실모형을 만들수 없기때문에 레이놀드 수에 준하여 대형수조에서 스케일모형에서TOWING(끌기) 테스트를 하여 선박표면에 발생하는 와류및 간섭 등을 첵크하며 레이놀수를 이용하여선박자체의 효율등을 측정합니다. 왜하느냐면 선박은 물에서 다니기 때문에약간의 저항만감소해도 연료비가 크게 감소합니다. 그래서 대형선은 모형선 테스트를 합니다.⑥카를로스의 슛 :UFO 슛으로 유명한 호베르투 카를로스의 슛은 초당 10회 회전, 공인속도는 41.6m/s (150km/h)였습니다. 공에 스핀이 있는 경우는 공의 진행 방향이 정해져서 처음부터 그 방향대로 진해해야 함에도 불구하고, 카를로스가 해낸 은 처음엔 직선으로 날아가다 약 10m를 지나서야 공에 스핀을 건 효과가 나타나기 시작했습니다. 먼저, 스핀이 먹으러면 매그너스 효과라는 것이 필요합니다. 공기는 고기압에서 저기압으로 흐르므로 축구공은 공기속도가 빠른 쪽, 다시말해 축구공의 회전방향 쪽으로 힘을 받게 되어 휘게되는데 이 힘을 이라 하며 이런 현상을 라고 합니다.카를로스의 슛은 10미터를 일직선으로 가다 휘어져 들어갔습니다. 그것을 설명하자면 축구공의 속도가 증가함에 따라 공기에 의해 항력(축구공의 진행 방향과 반대방향으로 작용하는 힘)은 커지게 마련인데, 이 항력은 또 레이놀즈수와 층류, 난류란 넘과 밀접하게 관련되어 있습니다. 공 주위의 공기의 유동이 적당한 난류층을 형성하면 공 뒤의 후류의 면적이 줄어들어 전체적인 항력이 줄어듭니다. 축구공의 속도가 29.21m/s를 넘어 축구공 표면의 공기층이 난류층을 형성하면 항력이 작아져서 축구공의 속도는 크게??

자연과학| 2010.10.26| 9페이지| 1,000원| 조회(247)

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