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유동가시화실험 결과레포트 평가A+최고예요

수소기포가시화 장치를 이용한 유동가시화 실험실험 주제 :실험 일시 :실험 조건 :실험 조원 :요 약이번 실험은 수소기포 가시화 장치를 이용하여 물체 주위의 유동을 가시화 하여보고 수업시간에 이론으로 배웠던 유선, 유적선, 시간선 등의 개념을 이해하고 현상을 직접 관찰함으로써 이상적인 흐름 상태를 이해하는 것이 이번 실험의 목적이 있다. 이번 실험에 사용된 장치들은 상당히 복잡하고 다루기 까다로운 관계로 조교님께서 일일이 설명해 주시며 세팅해 주셔서 각부의 명칭과 자세한 설명은 너무 많기 때문에 요약에서는 생략하기로 한다. 하지만 그중 실험결과에 가중 중요하게 영향을 미치는 장치는 Pulse Time Duration 조절나사로써 수소기포의 발생빈도를 조절해 주는 나사인데 이것을 계속 누르고 있으면 수소기포 발생빈도가 잦아 져서 좀 더 선명한 사진을 찍을 수 있다. 실험 방법은 조교님께서 도와 주신대로 세팅을 마친 뒤 Model Mounting Pillar에 다양한 모델을 바꿔가며 유동을 관찰하고 사진촬영을 하면 된다. 이번 실험에서 한가지 아쉬웠던 점은 실험장치가 너무 복잡하여 여타 다른 실험들처럼 실험이 끝난 뒤에 어떤 방법으로 실험을 하였는지 자세히 기억이 나지 않는 다는 점과 실험결과에 영향을 줄만한 요소를 우리가 제어 할 수 있는 것이 유동을 방해하는 모형을 바꾸어 주는것 뿐이어서 그 점이 조금 아쉬웠다. 실험결과는 우리가 제어 할 수 있는 유동을 방해하는 모형에 따라 모형 앞과 뒷부분에 생기는 경계층의 모양이 달라졌고 유동 모양도 형상의 모형과 각도에 따라 각각 달라지는 것을 관찰 할 수 있었다. 그 중 가장 기억에 남는 형상은 배 모양을 한 형상 이었는데, 그 형상이 다른 형상의 모형에 비해 항력을 적게 받게 되어서 바다에서 운행하는데 가장 적합한 모형이라는 것도 알 수 있었다.1. 목적유동의 가시화를 위해서는 Wall Tracing 방법, Tuft 방법, Tracer 방법 등이 사용 된다. 우리는 그 중 Tracer 방법인 수소기포 가시화장치를 사용하여 물체 주위의 유동을 가시화 하여보고 수업시간에 이론으로 배웠던 유선, 유적선, 시간선 등의 개념을 이해하고 현상을 직접 관찰함으로써 이상적인 흐름 상태를 이해하는 것이 이번 실험의 목적이다.2. 관련 이론1) 유선(Stream Line)유체의 유동특성을 해석하는데 다음과 같은, 유선, 유적선, 유맥선의 개념을 이해하는 것은 제 현상을 규명하는 데 중요하다. 운동하고 있는 유체에서 어느 순간에 각 점에 있어서의 속도벡터를 그릴 때 이에 접하는 곡선을 그을 수 있는데 이 곡선을 연속적으로 연결하는 선을 유선(stream line)이라 한다. 따라서 유선은 수직방향으로 속도 성분은 항상 0이 되며 유선을 가로지르는 흐름은 존재하지 않는다. 이러한 유선은 흐름의 역학적 문제를 정성적 또는 정량적으로 해석하는 데 대단히 편리한 도구이다. 인접한 여러 유선을 관찰하여 유속이 빠르고 느린 부분, 또는 압력이 높고 낮은 부분 등을 판별할 수 있다.Fig.1 유선2) 유적선(Path Line)운동하고 있는 유체 중에서 개개 입자가 흐르는 경로를 유적선(path line)이라 한다.3) 유맥선(Streak Line)연통에서 분출되는 연기나 흐르는 유체에서 물감을 흘렸을 때 물감이 그리는 궤적을 유맥선 이라고 한다.Fig.2 유선, 유적선, 유맥선4) 시간선(Time Line)수소기포 가시화장치에서 어떤 특정시간 동안에 유체입자들이 만들어 내는 선Fig.3 시간선5) 흐름가시화 (flow visualization)본래 목시 할 수 없는 유체의 흐름을 여러 가지로 고안하여 목시 할 수 있게 하는 것을 흐름의 가시화라고 한다.Fig.4 시간선, 유적선, 유선, 유맥선6) 경계층 (boundary layer)실제의 흐름은 일반적으로 고체의 벽면에 따라서 흐르고 있으며, 벽면에 닿은 유체의 작은 입자는 벽면에 부착되어 흐르지 않는 것으로 생각 할 수 있다. 다시 말하면, 벽면에 따르는 유체의 속도는 0이다. 그러나 벽면으로부터 조금 떨어진 점에서는 유체입자는 어떤 속도를 가지고 흐르고 있지 않으면 안 되므로 벽면에 부착한 유체입자와 조금 떨어진 흐름 속에 있는 입자와의 사이에 속도의 차가 생긴다. 이 사살은 벽에 따라 흐르는 유체의 층과 층 사이에 미끄럼(slip)이 일어나고 있음을 의미한다. 유체가 속도 U의 균일한 속도로 고정된 평판 위로 접근하고 있을 때 이러한 흐름이 평판과 만나게 되면 평판과 접촉한 유체입자의 속도는 0이다(no slip condition). 그러나 평판 위로 멀리 떨어진 유체의 속도는 원래의 균일한 속도와 같다. 따라서 평판 가까이에서는 정지된 물체의 영향을 받아 점성력 때문에 속도가 줄어 들지만 평판에서 멀리 떨어진 부분은 정지된 물체의 영향을 받지 않고 점성력의 효과도 없어지는 것이다. 이와 같이 유체가 물체표면을 따라 흐르는 경우 점성의 영향으로 물체표면을 따라 형성된 얇은 층을 경계층(boundary layer)이라 한다.3. 실험 장치 및 방법3.1 실험장치이번 실험을 하는데 있어서 수소 기포의 크기가 중요하다. 수소 기포가 너무 크면 기포가 유체를 따라 유동하지 않고 수면 위로 떠오르게 되며 기포가 너무 작으면 관찰이 불가능하다. 수소 기포의 크기는 백금선에 흐르는 전류로 조절된다. 수소 기포의 적당한 발생 빈도는 유동을 명확히 가시화해준다. 발생빈도는 Pulse Time Duration 조절나사로 조절된다.- 반드시 모든 소켓은 동일 색상끼리 연결한다. (Red Plug-Red Socket, Black Plug-Black Socket) 만약 다른 색상 끼리 연결 할 경우 수소기포가 발생되지않고 산소가 발생 하게된다.3.2 실험방법1) 실험준비① 실험에 앞서서 소금으로 인하여 더러워진 실험 장치를 깨끗이 씻어준다.② Pump소켓 그리고 Light 소켓을 플러그에 극성에 맞추어 연결한다.③ 미리 준비되어 있는 소금이 용해되어있는 소금물만을 가지고는 실험에 필요한 물의 양이 부족하므로 정수기에서 따뜻한 물을 바스켓에 받은 뒤 다량의 소금을 부어 포화용액을 만든다.④ 준비된 소금물을 물탱크에 채운 후 수위가 백금선의 약간 위에까지 오도록 부어준다.⑤ 백금선을 쏠벤트 등을 이용하여 깨끗이 닦은 후 Fork Holder와 삼각대를 이용하여 실험장치에 설치한다⑥ 검정색 Lead선의 Crocodile Clip을 Fork Holder 끝부분에 물린 후 반대쪽을 Probe 소켓의 검정색 부분에 연결한다※ 실험 준비 주의사항- 검정색과 붉은색을 거꾸로 연결하면 수소기포 대신 산소기포가 발생되므로 정확한 유동 관찰이 불가능 하므로 거꾸로 연결하지 않도록 주의한다.- 반드시 전원플러그를 뺀 상태에서 실험을 시작한다.2) 실험방법① 실험장치의 전원플러그를 연결하고 동력을 켠다.② 펌프속도 조절나사를 반시계방향으로 완전히 돌린 후 펌프 스위치를 켠다. 펌프속도 조절나사를 시계방향으로 돌려 적절한 속도가 되도록 맞추며 장치 내 공기를 제거하고 황산소다 용액이 잘 섞이도록 한다. 만약 물이 흐르지 않으면 수위를 조절한다.③ 백금선이 수면 바로 밑에 위치하도록 조정한다.④ 기포발생 시작 버튼을 누른 후 전류가 22 mA 정도 될 때까지 전류량을 조절하며 수소 기포가 발생하는지 확인한다.⑤ 전류량을 조절하며 수소 기포의 크기가 변하는지 확인한다.⑥ Pulse Time Duration 조절나사들을 돌리며 적당한 수소 기포가 발생되도록 조절한다.

공학/기술| 2010.04.10| 9페이지| 1,500원| 조회(265)

유동, 유체공학실험, 유적선

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외부유동 결과레포트

풍동실험장치를 이용한 외부유동 실험실험 주제 :실험 일시 :실험 조건 :실험 조원 :요 약공기의 유동에 직접적인 영향을 받는 물체의 설계 시에는 그 물체 주위의 유동정보가 큰 영향을 미친다. 하지만 유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우 외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 따라서 이번 실험은 풍동시험기를 사용하여 원기둥주위에 작용하는 압력과 속도분포를 구하고, 원기둥의 각도 변환에 따른 데이터값의 변화를 알아보는 것이 이번 실험의 목적이다. 실험 장치는 컨트롤 박스, 마이크로미터, 원기둥 각도 조절 장치 등이 있는데 실험 조건 rpm에 따라서 원기둥 각도를 조절해 가면서 마이크로미터로 원기둥표면의 속도와 압력정보를 구하였다. 실험은 rpm조건을 총 3회 변경하였고 원기둥 각도는 0도~180도 까지 바꿔주면서 총 54회 실험 하였다. 실험 장치에 무리가 가지 않도록 높은 rpm실험 조건부터 950rpm -> 700 rpm ->400rpm 순으로 실험 하였다. rpm조건이 높은 실험일수록 공기의 속도가 빠르고 원기둥표면에서의 압력도 높았으며 마이크로미터에 표시되는 변동폭도 매우 컸기 때문에 실험데이터를 기입하는데 있어서 어려움이 있었다. 따라서 우리 조는 계속해도 변동되는 데이터 값에서 최소값과 최대값 사이의 중간값을 기준으로 실험 데이터 값을 기록하였다. 실험결과는 예측 했던데로 rpm값이 큰 실험 조건일수록 원기둥표면에서의 압력과 속도가 컸으며, 계산을 통하여 구한 동압력도 큰 것을 확인 할 수 있었다. 끝으로 이번 실험을 통해서는 항력과 압력계수는 측정 할 수 없었는데 대신 결과표에 이론식을 통한 압력계수를 기록하였다.1. 목적자동차나 비행기등 공기의 유동에 직접적인 영향을 받는 물체의 설계 시에는 그 물체 주위의 유동정보가 큰 영향을 미친다. 환경조건을 그대로 조성하여 실험할 수는 없지만 풍동시험기를 사용하여 원기둥주위에 작용하는 압력과 속도의 분포를 계산, 항력의 측정, 원기둥의 각도 변화에 따른 원기둥주위의 압력과 속도 비교적 단시간의 고속기류를 만드는 것도 있다. 항공기?우주선?다리?건축물 등에 적용된다.2-1 피토관(Pitot tube) & Bernoulli방정식유동장내의 압력차이를 이용해서 속도측정을 위해서 사용되는 것으로 정압관과 함께 사용되며 이를 피토-정압관(Pitot-static-tube)라 부른다. 정압은 유동과 함께 운동하는 계기로 측정한 압력이다. 그러나 그렇게 측정하는 것은 실제 경에 있어서 다소 어려움이 있다. 직선유선이 수직방향으로는 압력변화가 없다는 사실은 유동 중에 있는 유체의 정압 측정을 가능하게 하는데, 이 측정은 [그림 1]의 (a)에서 보는바와 같이 유선이 직선의 벽에 장치된 압력 ‘탭’을 사용한다. 이 압력 탭은 구멍의 중심축이 벽표면에 수직이 되도록 신중하게 뚫은 작은 구멍이다.[그림 ]만일 그 구멍이 관 벽에 수직이고 구멍 뚫을 때의 뒤말림(burr)이 없다면, 탭을 적절한 측정 장치에 연결시킴으로써 정확한 정압이 측정될 수 있다. 벽에서 멀리 떨어진 유체의 흐름이나 유선이 곡선인 곳의 압력은 [그림 1]의 (b)에서와 같이 정압탐침(probe)을 신중하게 사용함으로써 정확한 정압이 측정될 수 있다. 오차가 포함된 결과를 배제시키기 위하여 측정구멍들이 탐침 끝(tip)과 스템(stem)에 대하여 정확한 위치에 놓이도록 설계되어야 한다. 사 용할 때 측정부가 국소유동방향과 일직선이 되도록 정렬되어야 한다. [그림 1]의 (b)에서 보여준 것과 같은 정압탐침과 여러 가지 다양한 형태의 탐침들은 지름이 1.5mm 정도의 작은 크기까지도 시중에서 구매가 가능하다. 정체압력(stagnation pressure)은 유동유체의 속도가 무마찰 과정(frictionless process)에 의하여 0으로 감소 될 때 얻어지는 압력이다. 비압축성유동일 때 Bernoulli방정식은 그와 같은 과정에 대하여 한 유선을 따라 속도와 압력의 변화관계를 얻는 데 사용될 수 있다. 고도변화를 무시하면 그 식은 아래와 같다.만일 유동장 내에서 속도가 V인 점에서의 ot tube)이라 한다. 한 점에서의 정압은 정압탭이나 탐침으로 측정될 수 있음을 알았다. 만일 동일한 점에서 정체압력도 안다면, 유동속도는 위의 식으로부터 계산될 수 있다. [그림 3]의 (a)에서,A점의 정압에 해당하는 압력은 벽의 정압탭 으로부터 측정되고, 정체압력은 총수두관(total head tube)에 의해 A에서 직접 측정된다. (총 수두관의 스템은 국소유동의 교란을 최소한으로 줄이기 위해 측정지점으로부터 하류에 설치된다.)[그림 ][그림 3]의 (b)에서 보여주는 피토-정압관(pitot-static tube)은 2개의 탐침이 결합된 것이다. 안쪽관은 B점의 정체압력을 측정하는 데 사용되고, C점에서 정압은 바깥쪽의 작은 구멍에 의하여 감지된다. 유선방향으로 정압의 변화가 작은 유동장에서 B점의 속도를 측정하기 위하여 피토-정압관이 사용되는데 이때는로 가정된다.2-2 항력측정[그림 ] flow of cylinder circumference[그림 4]에서는 여러 가지 풍동을 보여주고 있다. 흡입형 풍동(suction type wind tunnel)은 난류강도를 낮추기가 어렵고, 시험 부분(testing section)이 대기압 이하로 떨어지므로 외부로부터 덕트 내로 공기가 유입되기 쉽다는 결점이 있다. 송출형 풍동(blow up wind tunnel)은 소형이나 중형의 풍동에 많이 이용되는데, 흡입형에 비해 난류강도를 낮출 수 있고, 시험 부분이 대기압 이하로 떨어지지 않으므로 누설이 방지되기는 하나 동력은 많이 요구된다. 어느 경우나 시험부분은 그 상류에 망(screen) 또는 허니콤(honey-comb)이 설치된 보다 큰 덕트로부터 수축관을 거쳐 연결되어 있다. 이러한 수축(contraction)은 시험 부분에서 보다 균일한 유동과 낮은 난류 강도를 얻을 수 있도록 해준다. 풍동에서 시험 부분의 유속은 직접 피토관을 사용해서 측정하기 보다는 정압을 측정하여 구하는 간접적인 방법을 사용한다. 시험 부분에서의 유속U와 압력차차이에는 아래식과 같다.ional drag)과 물체 주위에서의 압력항력(pressure drag)으로 나누어서 생각한다. 유동과 평행으로 놓인 평판에 가해지는 항력은 주로 전자에 의한 것이고, 유동에 수직으로 놓인 평판이나 원통 또는 구와 같이 유선형이 아닌 물체에 가해지는 항력은 주로 후자에 의한 것이다. 한편 양력은 순전히 물체의 상하부에서의 유동의 비대칭에 의하여 생기는 압력차에 의해서 발생한다. 또 무한 원통 주위에서의 압력 분포를 주류(free stream)의 속도압력(동압)이라하고 아래와 같이 나타낼 수 있다.여기서 p, V, A는 각각 유체의 밀도, 주류의 속도, 그리고 주류에 수직한 면에 투영된 물체의 단면적을 표시한다. 그리고는 항력계수(drag coefficient)라 불리며 Reynolds 수와 Mach 수의 함수로 알려져 있다. 그러나 Mach수가 0.3보다 작은 경우에는 Reynolds수만의 함수가 된다. [그림 5]는 Reynolds수의 변화에 따른 항력계수의 변화를 표시한다.[그림 ]3. 실험 장치 및 방법3.1 실험장치통풍로에 송풍기로 공기를 보내고, 단면에 걸쳐 풍속의 분포가 균일한 부분에 모형을 매달아 기류나 공기력을 측정하는 공기역학 실험장치로서, 송풍기가 측정부의 상류에 있는 취출식(吹出式)과 하류에 있는 취입식(吹入式)이 있고, 또 통풍로가 회류식(回流式)으로 되어 있는 괴팅겐 형 등이 있다. 송풍기로 송풍하는 대신에 고압조나 진공조를 써서 비교적 단시간의 고속기류를 만드는 것도 있다.컨트롤 박스는 풍동실험장치의 메인전원과 rpm조절장치를 비롯하여 실험장치의 운전상태를 보여준다. 이 실험장치는 비교적 오래된 것이기 때문에 취급하는데 있어서 주의가 요구된다.마이크로미터는 원기둥표면의 상태를 보여주는 장치로서 MODE버튼을 누름에 따라 속도, 압력, 체적유량, 질량유량 등을 실시간으로 확인 할 수 있다. rpm이 클수록 수치의 변동 폭이 큰 것을 확인 할 수 있다.원기둥 표면으로 접근하는 공기를 작은 구멍에 의하여 공기의 압력을 비롯한 실험결과에 필면에 있는 작은 구멍을 통해 실험에 필요한 데 이터 값을 마이크로마노미터를 통해서 확인 할 수 있다. 참고로 MODE버튼을 눌러 줌 으로써 필요한 데이터 값들을 다양하게 확인 할 수 있다.④ rpm값이 클수록 마이크로마노미터에 표시되는 데이터값 변동이 큰 것을 확인 할 수 있 는데 이번 실험에서 우리 조는 최대값과 최소값 사이 즉 중간값을 데이터 값으로 정하 기로 한다.⑤ 10° 간격으로 원기둥의 각도를 변화시키면서 압력과 속도를 측정하는데 0°~180°까지 실 험한다.⑥ 0°~180°까지 실험이 끝나면 풍동실험장치의 rpm값을 실험방법①에서 언급한 것처럼 변 경 시켜 가면서 실험을 반복한다.⑦ 실험이 끝나면 rpm값이 0이 되게끔 장치를 서서히 중지 시키고 메인전원을 끈다.4. 결과 및 토의Table 1. 950rpm(degree)07.9511.277.151.001.00107.7711.175.770.880.87206.8410.365.250.530.50305.109,1050.930.000.00402.746.8428.77-0.65-0.50500.020.100.01-1.35-0.8760-2.500.000.00-2.00-1.0070-4.750.000.00-2.53-0.8680-5.960.000.00-2.88-0.5090-5.860.000.00-30.00100-4.800.000.00-2.880.50110-4.400.000.00-2.530.87120-4.520.000.00-2.001.00130-4.840.000.00-1.350.87140-5.000.000.00-0.650.50150-5.300.000.000.000.00160-5.430.000.000.53-0.50170-5.130.000.000.88-0.87180-4.800.000.001.00-1.00Table 2. 700rpm(degree)03.627.5535.061.001.00103.377.4233.860.880.87203.036.929.280.530.50302.356.1122.960.000.00401.234.4212

공학/기술| 2010.04.10| 16페이지| 1,500원| 조회(134)

유체공학, 유체공학실험, 고속기류

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레이놀즈수 측정실험

색소 액을 이용한레이놀드 수 측정 실험실험 주제 :실험 일시 :실험 조건 :실험 조원 :요 약이번 실험은 색소 액을 이용하여 레이놀드 수를 측정 하는 실험이다. 우선 실험의 목적은 일정한 동점성계수는 동일한 관에서의 Re수의 차이는 속도 즉 유량에 관계가 있는 것으로 보고 흐름상태, 레이놀드 수와의 관계 및 층류와 난류의 개념을 이해하고 유량(속도)를 달리함으로써 천이유동에서의 임계Re수를 구하는 것 이다. 실험에 사용된 실험 장치는 수평한 수조관, 유량조절 밸브, 색소 액 주입밸브 그리고 mass cylinder등이 있고, 실험 방법은 우선 수평한 수조관에 물을 공급하고 과류부에 물이 넘칠 때 쯤 유량 조절밸브를 열어서 유리관 내의 흐름을 이루게 한 뒤, 수면이 일정해 지면 색소 액 주입밸브를 열어 관내의 색소 액이 흐르도록 하여 색소 액의 상태를 관찰한다. 처음 상임계 레이놀드 수를 측정 할 때는 유리관 내의 유동이 층류가 되도록 유량조절 밸브를 서서히 잠그고, 안정화 되면 유량조절 밸브를 다시 서서히 열어서 물의 유속을 증가 시킨 뒤 천이유동을 지나 난류가 넘어가는 상태가 되면 유량 조절밸브를 고정시키고 mass cylinder에 물 2000ml가 찰 동안의 시간을 측정하면 된다. 하임계 레이놀드 수 측정은 앞의 실험과정을 역으로 수행하면 된다. 레이놀드 수 측정 실험은 특히 오차가 많이 발생하는데 그 이유는 실험도중 실험장치 주위에 충격과 진동 그리고 실험자 눈에 의존하는 실험방법 때문이다. 따라서 실험 오차를 줄이기 위해서는 실험 도중 엄숙해야 하고 유량조절 밸브를 조절하는데 있어서 주의를 기울여야 할 것이다. 실험결과를 살펴보면 상임계 레이놀드 수는 1600~1700그리고 하임계 레이놀드 수는 400~500 이 나왔는데 이론 상임계 레이놀드 수 4000, 하임계 레이놀드 수 2000과 비교해 보면 많은 오차가 발생 한 것을 알 수 있다. 그 원인은 위에서 언급한 것 과 같이 실험 도중 발생한 여러 가지 오차원인 때문인 것으로 생각이 된다. 앞으로 하는 실험들은 이런 오차원인들을 미리 알고 실험에 임하여 오차를 최대한 줄이도록 노력해야겠다.1. 목적실제 유체의 유동은 점성에 의한 마찰로 인해 이상유체의 유동보다 대단히 복잡하다. 점성의 영향은 유동을 방해한다. 즉 유동은 층류와 난류로 구분된다.유체의 유동은 점성의 영향을 많이 받아 유동의 흐름에 방해를 받는다. 일정한 동점성계수(즉, 동일한 유체)는 동일한 관에서의 Re수의 차이는 속도 즉 유량에 관계가 있는 것으로 보고 흐름상태, 레이놀드 수와의 관계 및 층류와 난류의 개념을 이해하고 유량(속도)를 달리함으로써 천이유동에서의 임계Re수를 구하는데 목적이 있다.2. 관련 이론2.1 레이놀드 수의 기본개념레이놀드 수는 1883년에 영국 맨체스터 대학교수인 레이놀드에 의해 창안된 수로서 유체 의 입자가 서로 층을 이루면서 선적으로 미끄러지는 층류와 서로의 유체입자가 불규칙운동 을 하면서 상호간에 격렬한 운동을 일으키는 난류를 구분하는 무차원 수이다.2.2 층류와 난류파이프내의 유체유동은 층류 또는 난류유동이다. 영국의 과학자이자 수학자인 Osborne Reynolds(1842~1912)는 간단한 실험 장치를 사용하여, 이 두 가지 종류의 유동에 대한 차 이를 처음으로 구분하였다. 물이 지름 D인 파이를 평균속도 V로 흐를 때, 물감을 분사시키 면 다음과 같은 특성이 관찰된다. 충분히 ‘적은 유량’에 대해서 물감이 유체 내에서 그리는 선(유맥선)은 분자에 의한 확산 때문에 유체 속으로 스며들며 약간 번지기는 하지만 거의 명확한 선을 나타낸다. 충분히 많은 유량과 충분히 적은 유량의 ‘중간 정도의 유량’인 경우 는, 물감이 그리는 선은 시간과 공간에 대해 요동하며 간헐적으로 불규칙한 운동형태가 선 을 따라 나타난다. 반면에, ‘충분히 많은 유량’에 대해서는 물감선이 불규칙한 형태로 전 영 역에 걸쳐 순간적으로 퍼지고 확산된다. 이러한 3가지 유동특성은 Fig.1에서 보는 바와 같 이 각각 층류유동, 천이유동, 난류유동이라 칭한다.Fig.1 물감분사에 의해 나타나는 선2.3 레이놀드 수의 이해Fig.2에 보이는 선들은 유동의 A지점에서 x방향의 속도를 시간에 대한 함수로 나타낸 것 이다. 난류유동의 불규칙한 요동(입자들의 섞임에 의해)은 물감을 파이프내에 확산시킨 Fig.1에서 보는 바와 같이 물감을 유체 속으로 퍼지게 한다. 층류유동에 대해서는이라는 1개의 속도성분이 존재한다. 난류유동에 대해서는 우세한 속도성분은 층류와 같이Fig.2파이프를 따라 흐르는 성분이지만, 층류와는 달리 시간에 대해서 불안정하고 중심축에 수 직한 불규칙한 속도성분이 동반 된이 된다. 그러한 유체의 운동은 너무 빠르게 진행되기 때문에 육안으로 관찰하기가 힘들다. 유동을 느린 그림으로 본다면 유동 의 불규칙하고 무작위 적인 난류속성을 확실히 볼 수 있을 것이다.차원적인 양들을 앞에서 ‘충분히 적은 유량’으로 한 것처럼 ‘많다’ 또는 ‘적다’ 등과 같은 말로 표현해서는 안 된다. 그 보다는 적절한 무차원 매개변수는 유동중의 관성효과와 점성 효과의 비인 Reynolds 수 Re이다. 그러므로 앞에서의 유량항은 Reynolds 수로 대체되어야 하며, 여기서 V는 파이프내의 평균속도이다. 즉, 파이프내의 유동이 층류유 동, 천이유동, 또는 난류유동이라는 것은 Reynolds 수가 ‘충분히 작다’, ‘중간이다’, 또는 ‘충 분히 크다’는 것이 된다. 유동특성을 결정하는 것으로는 유체의 속도뿐만 아니라 유체의 밀 도, 점성계수 그리고 파이프의 크기도 비슷하게 중요하다. 이러한 매개변수를 조합하면 Reynolds 수가 된다. 파이프유동에서, 층류와 난류의 차이와 적절한 무차원 양에 따라 구 분된다는 것은 1883년 Osborne Reynolds가 처음으로 밝혀냈다.파이프유동에서, 층류, 천이영역 또는 난류가 되는 Reynolds 수의 범위는 정확하게 주어 질 수 는 없다. 파이프의 진동에 의한 ‘유동장애’의 정도나 입구영역(entrance region)의 거 칠기 등에 따라, 층류에서 난류로의 천이가 일어나는 Reynolds 수는 여러 가지이다. 보편 적으로는(장해요인을 미리 제거하지 않은 상태), 다음에 제시하는 값이 적절하다. 즉, 파이 프유동에서 Reynolds 수가 약 100보다 작으면 층류이다. 그리고, Reynolds 수가 약 4000 보다 크면 난류이다. 이 두 값 사이의 Reynolds 수인 유동은 층류와 난류 상태가 순서 없 이 번갈아 가면서 전환되어lds나는 유동이이이이이이에서 난류로, 또는 난류에서 이이로 천 이할 때의 유속을 임계이다뜮 하고, 그 때의 로는(장수를 임계 로는(장수라a유동이이이이이t 에서 난류로 바뀔 때의 레이놀드 수의 값을 상임계 레이놀드 수라 하고, 난류에서 층류로 바뀔 때의 레이놀드수를 하임계 레이놀드 수라 한다.3. 실험 장치 및 방법3.1 실험장치레이놀드 수 실험기구로서 수조내의 물이 유리관을 통하여 흐르는 동시에 색소액도 작은 모세관을 통하여 유출되어 물과 같이 흐르게 하며, 밸브로서 관속의 물의 속도를 조절하여, 물의 층류와 난류상태를 파악할 수 있는 수리실험에 있어서 가장 기초적인 실험기구이다.모세관을 통하여 유출되는 색소 액체량을 조절하는 밸브로서, 밸브를 오른쪽에서 왼쪽으로 돌릴수록 유출되는 색소 액체량은 증가한다.관속의 물의 속도를 조절하여, 물의 층류와 난류상태를 파악할 수 있게 하는 밸브로서 이번 실험에 있어서 가장 중요한 제어장치이다.레이놀드 수를 측정하기 위해서 실험을 할 때 기준 부피, 즉 1000ml 또는 2000ml정도 수조에서 흘러오는 물의 양을 측정하는 장치로서 일정부피 동안 차는 시간을 Stop watch로 시간을 측정함으로써 레이놀드 수를 구하는 것을 가능하게 해주는 장치이다.3.2 실험방법Fig.3 레이놀드 수 측정 실험장치의 개략도① 본체를 수평하게 설치하고 급수부에 물을 공급하면서 과류부에 물이 넘칠 때 유량조절 밸브를 조금 열어 유리관내에 흐름을 이루게 하고, 수면을 일정하게 유지 시킨다.② 수면이 일정하게 유지되었을 때, 색소액 주입밸브(G)를 열어 관내에 색소 액을 흐르게 해서 색소액의 상태를 관찰한다.③ 우선 상임계 레이놀드 수를 측정해야 하는데, 염료선을 관찰하면서 유리관 내에 유동이 층류가 되도록 유량조절밸브(H)를 서서히 잠근다.④ 안정상태가 되면 H를 다시 서서히 열어 파이프 내의 물의 유속을 증가시킨다.⑤ 천이유동 상태를 지나 난류로 넘어가는 상태가 되면 유량조절밸브(H)를 고정시키고, Mass Cylinder 및 Stop Watch로 유량을 정확히 측정한다. 우리 조는 Mass Cylinder에 차는 물의 량 조건을 2000ml로 하고 그 량이 차는 동안의 시간을 측정하였다.⑥ 레이놀즈 수 측정 실험은 눈에 의존하는 실험이기 때문에 오차가 많이 발생하므로 최소 5회 이상 반복하면서 결과를 측정한다. 또한 실험 주위의 충격이나 진동 등이 오차 발생의 중요한 원인이 되기 때문에 엄숙한 가운데 실험한다.

공학/기술| 2010.04.10| 10페이지| 1,500원| 조회(376)

유체공학, 층류, 유체공학실험

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제트충돌 결과레포트

3종류 target을 이용한 제트출동 실험 보고서실험 주제 :실험 일시 :실험 조건 :실험 조원 :요 약이번 실험은 3종류의 target을 이용하여 노즐에서 뿜어져 나오는 물줄기의 유량에 의해 측정되는 힘을 구하는 실험이다. 따라서 이번 실험의 목적은 평판에 부딪힐 때 발생하는 충격력을 실험으로 구하고 이론값과 비교하는 것 이다. 실험에 사용 된 장치들은 메인 실험장치인 Hydraulic Bench와 그에 포함되는 Weight pan, level gauge, 수준기, Control valve. outlet valve 등과 물이 차는 시간을 측정하는 stop watch등 여러 종류의 실험장치 들이 사용이 된다. 실험 방법은 우선 상판과 투명한 케이싱을 제거하고, Target을 Pan에 붙어 있는 Rod위에 부착한 뒤 수준기를 이용하여서 평판을 맞춘 뒤 target에 물을 쏘기 전에 Weight Pan의 선을 Level Gauge에 맞춘다. 그리고 추를 올린 뒤 Bench의 Control Valve를 작동시켜서 물이 유동되게 만든다. 그리고 난 뒤 Level Gauge에 일치될 때까지의 유량을 조절한다. 일치가 되었으면 그 때를 시점으로 실험조건 체적에 물이 차는 시간을 stop watch를 이용하여서 측정하면 된다. 이와 같은 방법으로 무게를 5회 변경하여 실험하고 target을 바꿔가면서 실험을 반복하여 수행하면 된다. 실험 결과에서 알 수 있듯이 y방향으로 작용하는 힘은 이론값과 실험값이 많은 차이는 발생하지 않았지만 어느 정도 오차가 발생하 였는데 그 원인으로는 이론값으로 F를 구할 때 Pan의 무게는 측정하지 못하였기 때문에 단지 추의 무게에 의존하여서 구했기 때문에 실험값과 약간의 차이가 난 것 같고 그리고 Level Gauge에 일치시킬 때 사람의 눈에 의존하여서 수행하기 때문에 아무래도 약간의 오차가 발생한 것 같다. 전반적으로 이론값과 실험값이 비슷하였지만, 120도 평판에서 가장 큰 오차가 발생한 것을 확인 할 수 있었다. 오차를 줄이기 위해서는 중의 하나가 바로 고속의 분류가 미치는 압력을 이용하는 것이다. 물 분류(water jet)는 통상 터빈의 바퀴에 달려있는 날개를 치게 되며, 이 충격력으로 인해 터빈이 회전하면서 기계적인 일을 하게 된다. 이 동력은 발전기에 의해 다시 전기에너지로 변환하게 되는 것이다. 이와 같이 분류의 충격 원리를 이용하여 발전하는 수차(water turbine)는 90%의 효율로 약 10만KW 이상의 출력을 발생시킬 수 있도록 제작되고 있다. 따라서 보다 높은 효율의 수차를 개발하기 위해서는 수차에 사용되는 날개 형상과 그 때의 충격력을 계산해 둘 필요가 있다. 이를 위해 본 실험에서는 유체가 여러 가지 형상의 평판에 부딪힐 때 발생하는 충격력을 실험으로 구하고 이론값과 비교하는데 목적이 있다.2. 관련 이론2.1 제트란?분류라고도 하며, 분출하는 증기나 속도가 크므로 이것을 날개차에 닿게 하여 회전운동을 일으킨다. 증기터빈, 수력터빈 등의 원동기에 응용된다. 또, 연소가스를 고속으로 분출시켜, 그 반동으로 추진하는 제트엔진이나 로켓 등도 있다. 제트의 내부는 다른 부분보다 압력이 내려가 있으므로, 가는 관을 넣으면 관 속에 이어지는 부분의 유체는 제트 속으로 흡인된다. 분무기는 이 원리를 응용한 것이며, 가는 관으로부터 공기를 분출시키고, 관구 가까이에 가는 관을 접근시키며, 아래쪽의 물은 제트에 의해 빨려 나와서 작은 안개 모양이 되어 공기와 함께 흩어진다.2.2 운동량법칙질량이 m인 물체가 평균속도 V로 운동 할 때 질량과 속도와의 곱, 즉를 그 물체의 운동량(momentum)이라 하고 물체에 가해진 외력의 합와 미소시간 dt와의 곱를 역자(impulse)이라 한다. 뉴턴의 제 2운동법칙으로부터 운동량의 시간에 대한 변화율은 외력의 합과 같다. 즉또는이며 속도의 합력은 벡터량이고 물론 질량m은 시간의 변화에 대하여 항상 일정하다. 이 원리를 운동량법칙이라 한다.이 원리를 Fig.1과 같이 임의의 곡관에서의 정상류 1차원 흐름에 적용하여 운동량 방정식을 구해보면,F후에 단면 1‘ 과 2’사이의 위치로 이동하였다면 검사체적 내의 유체의 운동량 변화는 (단면 1‘ 과 2’ 사이의 유체운동량) - (단면 1과 2사이의 유체운동량) 인데 단면1‘ 과 2’ 사이의 유체가 가지는 운동량은 공통으로 갖는 운동량이므로 결과적으로 dt시간 동안의 운동량 변화량은 (단면2 와 2‘ 사이의 유체운동량) - (단면 1과 1’ 사이의 유체운동량)과 같다. 위의 사실을 운동량 법칙에 적용하면,그런데 연속방정식에서이므로 윗 식은가 된다. 그러므로,이 운동량방정식이다.이번 실험에서는 평판의 밑쪽에서 외력이 가해지므로에 관한 식으로 나타내 보면,Fig.2 힘의 평형상태으로 나타 낼 수 있다.3. 실험 장치 및 방법3.1 실험장치이번 실험에 사용된 Hydraulic Bench로써 Weight pan, level gauge, 수준기, Control valve 그리고 수준기 등으로 구성되어 있다. 여기서 수준기란 target에 유량이 수직으로 분사될수 있도록 실험장치의 수평을 맞출 때 사용되는 장치이다. 3면의 나사를 조정해 가면서 수준기에 보이는 원안에 액체가 센터로 갈수 있도록 맞춰준다.Weight pan과 Level gauge로써 추를 올리기 전의 원점을 측정한 뒤 고정시키고 나서 추를 올린 뒤, 아래로 내려가는 높이 만큼 target을 물로 쏴서 그 그으로 위로 들어 올리고 처음 위치로 돌아갔을 때를 기준으로 유량을과 시간을 측정한다.앞에서 설명한 Weight pan과 Level gauge와 200g의 추를 올려 놓은 상태에서 물을 쏘아 올려서 다시 수평을 맞추는 그림이다.이번 실험에 사용된 target과 추 들이다. 왼쪽에서부터 90도 평판 120도 평판 반구형 target이고 가장 많이 보이는 추가 1개당 100g인 추이다.실험에서 일정 체적동안 유량이 차는 시간을 측정하기 위해서 사용된 stop watch 이다. 정확한 결과를 얻기 위해 정확한 시간을 측정하는 것도 중요하다.Fig.3 제트충돌 실험장치의 개략도3.2 실험방법1. 이번 실험은 을 Pan에 붙어 있는 Rod위에 부착한다.2. Inlet pipe를 Hydraulic Bench에 연결한다.3. 실험에 사용되는 장치들의 수평을 맞추기 위해서 수준기를 사용해야 하는데 3개의 볼트를 적절하게 조였다 풀었다를 반복하면서 동그란 원 안에 있는 물이 정 가운데로 오도록 해야 한다.4. target에 물을 쏘기 전에 Weight Pan의 선을 Level Gauge에 맞춘다. 이는 추의 질량에에 따라서 물을 쏴서 target을 위로 올려줘야 하는 높이가 달라지기 때문에 기준 즉 원점을 잡아주기 위해서 선을 Level Gauge에 맞추는 것이다.5. 추를 이용하여 Weight Pan위에 추를 올려야 하는데 처음에는 100g의 추를 사용하여 실험하고 그 다음에는 100g씩 추의 질량을 증가 시켜 추의 질량 500g까지 실험해야 한다. 추를 올린 뒤 Bench의 Control Valve를 작동시켜서 물이 유동되게 만든다.6. Level Gauge에 일치될 때까지의 유량을 조절한다. 일치가 되었으면 그 때를 시점으로실험조건 체적에 물이 차는 시간을 stop watch를 이용하여서 측정한다. tank에 물이 계속차기 때문에 실험조건 체적을 정확히 측정하기 위해서 outlet holes로 물을 빼주어야 한다.7. 앞에서도 설명 하였듯이 중량을 100, 200, 300, 400, 500g 순으로 증가시키면서 1)~6)을반복 조작한다. 90도 평판 target에 대한 실험이 끝나면 120도 평판 반구형 평판 target도앞에서 실험 했던 것과 같은 순서로 각 5회씩 실험을 반복하여 수행한다.4. 결과 및 토의- 물의 밀도() : 1000kg/- 노즐의 면적(A) :- 중력가속도(g) :Table.1 90도 평판 측정자료Pan의 질량체 적시 간유 량유 속힘1000.0147.200.000210.033740.8772000.0131.930.000310.049871.9123000.0127.810.000360.057262.5784000.0125.120.000400.063393029971.0772000.0143.040.000230.037001.5793000.0135.790.000280.044492.3404000.0130.390.000330.052403.2505000.0125.370.000390.062774.539Table.3 반구형 물체 측정자료Pan의 질량체 적시 간유 량유 속힘1000.0159.890.000170.026591.1502000.0146.950.000210.033921.7553000.0137.450.000270.042522.9014000.0132.640.000310.048793.8245000.0129.170.000340.054594.600측정자료에서 알 수 있듯이 이번실험은 100g, 200g, 300, 400g, 500g추를 사용하여서 각 5회씩 실험하였다. 평판, 120도평판, 반구형 물체에서 모두 추의 무게를 늘려갈수록 추를 올리지 않았을 때의 기준높이로 올리기 위해서 많은 힘이 필요하게 되고 그에 따라 유동하는 유량도 추의 질량에 따라 증가하는 것을 알 수 있었다. 그리고 유량이 증가함에 따라 유속도 점차적으로 증가하고 그에 따라서각 판에 작용하는 y방향의 힘도 증가하는 것을 측정자료를 통해 확인할 수 있다.Table4. 90도 평판의값 비교Pan의 질량 (g)(이론값)(실험값)1000.98070.8772001.9611.9123002.9422.5784003.9233.1835004.9034.777평판에 작용하는값을 비교해 놓은 표이다. Pan의 질량이 증가할수록 이론값과 실험값 모두 팬을 들어올리기 위한값이 증가하는 것을 확인 할 수 있는데, 120도 평판이나 반구형 물체에 비해서는 이론값과 실험값이 큰 차이라 나지 않을 것이라고 예측 하였는데 팬의 질량이 100, 200 그램일 때는 비교적 적은 오차가 발생하였으나 팬의 질량이 좀더 무거워 질수록 오차가 많이 발생하는 것을 알 수 있었다. 이 오차의 원인인 실험 중 발생한 여러 오차 원인 때문이라 생각 되는데 추랄 올리기 전의 기준 높이 까지 올리는데 있어서 눈것이다.

공학/기술| 2010.04.10| 11페이지| 1,500원| 조회(145)

유체공학, 유체공학실험, 제트충돌

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점성계수 측정 결과레포트 평가A+최고예요

글리세린을 이용한 점성계수 측정실험실험 주제 :실험 일시 :실험 조건 :실험 조원 :요 약이번 실험의 목적은 물과 혼합하는 글리세린의 양에 따라서 혼합액의 밀도와 점성계수 그리고 모세관을 통과하는 시간의 변화를 실험으로 알아보는데 있다. 이번 실험은 Stand bar 와 Ostwald 점도계를 비롯하여 여러 실험 기구들이 사용 되었다. 실험 전 우선 실험기구 세팅을 해야 한다. Stand bar에 Ostwald 점도계를 cramp을 이용하여 고정시켜야 하는데, 여기서 주의할 점은 stand의 수직축과 점도계의 축이 일치해야 한다는 것이다. 실험 장치가 준비 되었으면, 실험에 사용될 혼합 용액을 준비해야 하는데 이번 실험에서는 물과 글리세린의 혼합액이 사용 되었다. 실험은 총 4번실시 되었는데, 글리세린의 양을 혼합액의 0%, 10%, 25%, 50%비율로 바꿔가면서 실험 하였다. 실험 방법은 혼합액을 Ostwald 점도계의 한쪽 끝에 일정량 넣고 반대쪽으로 입으로 빨아들여서 점도계에 표시되어 있는 두 지점을 혼합액이 통과하는 시간을 Stop Watch로 측정하는 것이다. 실험은 의외로 간단하나 오차를 줄이기 위해서 3~5번 반복 실험 할 필요가 있다. 하지만 이번 실험에서는 시간관계상 각 실험을 1번씩 밖에 수행하지 못하였다. 참고로 혼합액을 만들 때 주의해야 할 사항은 글리세린의 점도가 커서 매스실런더에 넣을 때 벽면에서 잘 흘러내려 가지 않기 때문에 완전히 섞이지 않을 수 있기 때문에 항상 글리세린을 먼저 넣고, 그 다음에 물을 넣어줌으로써 벽면에 있는 글리세린까지 모두 섞일 수 있도록 해야 한다. 실험 결과는 예상했던데로 혼합액에서 글리세린의 비율이 높을수록 혼합액의 밀도와 점성계수가 커졌고, 모세관을 통과하는 시간 또한 긴 것을 확인 할 수 있었다. 끝으로 이번 실험에서 중요한 인자중 하나인 글리세린과 물의 온도를 잘 이용하지 못했는데 온도계의 오작동인지 아니면 변화가 없었는지 실험 시작할 때와 실험이 끝났을 때 각각의 온도가 변화지 않은 것을 관찰 할. 목적이상 유체가 아닌 모든 유체가 가지고 있는 고유의 성질인 점성(viscosity)은 유체 유동에 큰 영향을 미친다. 이 실험에서는 Ostwald점도계를 사용하여 글리세린을 물에 녹여 만든 측정용액의 점도 관찰을 통하여 비중에 따른 점성계수의 변화를 측정하고, Ostwald점도계를 통한 점도 측정의 방법을 익히도록 한다.2. 관련 이론2.1 점도화학공업에서 유체의 점성은 제품 또는 중간제품의 품질을 나타내는 목표로 되고 또 유량 계수에 중대한 영향을 미치게 되므로 이 측정은 공업 상 중요한 의미를 가지고 있다. 유체 의 점도는 변형률에 대한 저항의 정도를 나타낸다. 타르와 당밀 등 은 점도가 매우 높고, 공정에서 흔히 다루는 공기와 물은 점도가 비교적 낮다. 점도의 존재를 이해하기 위해서는 유체의 분자운동을 살펴볼 필요가 있다. 유체가 파이프나 홈통을 통하여 흐를 때 일어나는 흐름현상은, 단지 유체에 구동력이 작용하기 때문에 일어난다. 이때 구동력은 유체를 구성 하고 있는 분자들이 이동될 때 발생하는 마찰저항을 극복하는데 필요하다. 이와 같은 유체 의 마찰저항을 점도라고 한다. 점도 측정은 유변학을 포함하여 유체역학에서 매우 중요하 며, 또한 분자이론에서 활성화 인자, 다원자 분자의 반경, 고분자의 분자질량, 혼합액체의 조성 등과 같은 물리-화학적 데이터를 얻는데 매우 유용한 수단을 제공한다.2.2 점성계수에 영향을 미치는 인자와 이유기체의 점성은 온도가 증가하면 같이 증가하는 경향이 있다. 액체의 경우에는 온도가 상 승하면 점성은 감소한다. 반대로 온도가 상승하면, 점성은 감소한다. 이런 이유는, 기체의 주된 점성원인이 분자상호간에 운동이지만, 액체는 분자간의 응집력이 점성을 크게 좌우하 기 때문이다. Newton의 점성법칙에 의하면, 유체의 전단응력은 수직인 방향으로 속도변화 율에 비례한다. 여기서 속도변화율을 속도구배라 한다.Fig.1 평판위를 흐르는 점성유동2.3 뉴턴의 점성법칙유체가 관 또는 두 평판 사이와 같은 밀폐된 공간을 흐를 때 유체의 평 유체가 흐르는 유로의 단면적으로 나눈 값이 된다. 그러나 유체의 속도나 관이나 판의 표 면으로부터의 거리에 따라 변하며 실험결과에 의하면 유동하는 유체에 작용하는 힘(F)는 속도차와 면적에 비례하고 거리에 반비례 하는 것을 알 수 있 다. 이것을 뉴턴의 점성법칙이라 하며 다음 식으로 나타낼 수 있다.여기서 비례상수에 해당하는는 점성계수 또는 절대점성계수라 한다.Fig2. 뉴턴의 점성법칙2.4 온도에 따른 점성계수의 변화점성계수에 대한 온도의 영향은 대단히 크지만 압력의 영향은 그리 크지 않다. 기체의 대 부분의 액체의 점성계수는 압력에 따라 서서히 증가한다. 물은 변태적으로 30°C 이하에서 매우 작은 감소를 보인다. 점성계수의 변화는 100기압까지는 불과 몇 %에 지나지 않는다. 액체점성게수는 온도에 따라 대략 지수적으로 감소한다. 즉,이다.2.5 Hagen-Poiseuille 방정식Hagen-Poiseuille 방정식을 점성계수에 대해 정리하면 다음 식이 된다.Q=V/t를 이용하여 물의 점성계수와 임의의 유체의점성계수에 대한 비를 다음과 같이 나 타낼 수 있다.위 식에서와는 물의 밀도와 임의의 유체의 밀도를 나타내고, V는 유체의 체적,는 압력손실, d는 관의 직경 Q는 체적유량, l은 관의 길이, t는 시간을 나타낸다.2.6 Ostwald 점도계이 점도계는 두 눈금선 사이의 부피만큼 액체가 흘러내리는데 걸리는 시간을 측정하는 것 이다. 보통 점도계의 모세관의 지름은 약 0.5mm, 길이는 약 10cm, 눈금선 사이의 부피는 2~5ml 정도가 적당하다. 점도가 큰 액체의 경우에는 모세관이 더욱 굵은 것이 좋은데, 점 도가 대단히 큰 액체는 이 점도계로 흘러내리는 시간이 매우 오래 걸리며, 또 액체가 관 벽에 부착하기 때문에 정확한 값을 얻을 수 없다.는 물의 비중, S는 임의의 유체의 비중,는 물의 점성계수,는 임의의 유체의 점성 계수라고 하면,3. 실험 장치 및 방법3.1 실험장치이번 실험에서 사용되는 기본적인 실험장치 들이다. Ostwald 점도계를 글리세린을 담을 비커와 온도를 재는데 필요한 온도계와, 사진에는 빠졌지만 스탑위치도 이번 실험을 하는데 사용 되었다.Ostwald 점도계를 Stand bar에 Cramp을 이용하여 고정 시킨 뒤 물과 글리세린 혼합용액을 넣은 뒤 공기를 이용하여 빨아드리고 있다. 사진에는 잘 보이지 않지만 Ostwald 점도계에 눈금으로 2지점이 표시되어 있는데 그 두 지점을 혼합용액이 흘러가는 시간을 측정하는 것이 이번 실험의 목적이기도 하다.Ostwald 점도계에 눈금으로 표시된 2지점을 혼합용액이 지나가는 시간을 핸드폰 Stop Watch를 이용하여 시간을 측정하고 있는 사진이다.3.2 실험방법① 실험에 들어가기에 앞서서 우선 실험 장치들을 세팅해야 한다. Stand bar에 Ostwald 점도계를 cramp을 이용하여 고정 시킨다. 주의 할 점은 stand의 수직축과 점도계의 축 이 일치하게 해야 한다.② 실험에 필요한 물과 글리세린을 비커에 적당량 담은 뒤 실험에 앞서서 온도를 측정한 다.③ 실험은 총 4번에 걸쳐서 진행되며, 각각 글리세린의 농도를 다르게 하여서 하강하는 시 간을 측정할 것이다.④ 글리세린의 농도는 0%, 10%. 25%, 50% 순으로 하며 물과 글리세린을 일정량 잘 혼합 하여 실험한다. 주의 할 점은 글리세린의 점성이 크기 때문에 혼합할 때 잘 흘러내리지 않기 때문에 글리세린을 먼저 넣고 그 다음에 물을 넣어주어서 벽면에 뭍은 글리세린 까지 잘 섞이도록 한다.⑤ 실험 할 글리세린 혼합용액이 준비되면 Ostwald 점도계에 각각 일정량 넣어 준 뒤 입 으로 반대쪽으로 빨아들여서 점도계에 표시된 두 지점 중 윗 지점에 혼합액이 올라 오 도록 한 뒤, Stop watch로 아래 지점까지 혼합액이 내려가는 시간을 측정한다.⑥ 이런 방법으로 각 농도에 따라서 혼합액을 바꿔 가면서 실험을 한다.⑦ 실험 오차를 줄이기 위해서 3~5회 정도 반복 실험을 해야 했으나 시간관계상 각각 한번 씩만 실험을 하기로 한다.4. 결과 및 토의(1) 물 5ml의 밀도와 점성계e.1 결과물 5ml (0%)시간 (t)39초 48‘’ (39.48초)밀도0.997 g/ml점성계수비중 (S)0.997온도25Table.2 물의 성질온도T()밀도절대점성계수동점성계수259978.90E-048.93E-07밀도는 앞으로 구할 글리세린과 물의 혼합용액의 밀도를 구하는데 용이하게 하기 위해서 g/ml 단위로 환산하였다.그리고 앞으로 점성계수를 구하는데 사용될 물의 비중을 구해보면,(2) 물5ml + 글리세린5ml (50%) 의 밀도와 점성계수 측정Table.3 결과물 5ml + 글리세린 5ml (50%)시간 (t)1분 52초 57‘’ (112.57초)밀도1.128 g/ml점성계수비중 (S)1.12720온도24.5CTable.4 글리세린의 성질온도(C )밀도(g/ml)151.264201.261251.258301.22물과 글리세린의 혼합액의 밀도 계산은 아래의 식과 같다.물 :글리세린 :물 + 글리세린 부피 : (5+5) = 10ml∴ 밀도=글리세린의 비중은 아래 표를 참고하면 알 수 있다.Table.5 온도와 농도에 따른 글리세린의 비중∴ 비중 (S) = 1.12720 (at 25C)(3) 물15ml + 글리세린5ml (25%) 의 밀도와 점성계수 측정Table.5 결과물 15ml + 글리세린 5ml (25%)시간 (t)1분 12초 85‘’ (72.85초)밀도1.062 g/ml점성계수비중 (S)1.06115온도24.5C물과 글리세린의 혼합액의 밀도 계산은 아래의 식과 같다.물 :글리세린 :물 + 글리세린 부피 : (15+5) = 20ml∴ 밀도=글리세린의 비중은 아래 표를 참고하면 알 수 있다.Table.6 온도와 농도에 따른 글리세린의 비중∴ 비중 (S) = 1.06115 (at 25C)(4) 물45ml + 글리세린5ml (10%) 의 밀도와 점성계수 측정Table.7 결과물 45ml + 글리세린 5ml (10%)시간 (t)42초 53‘’ (42.53초)밀도1.023 g/ml점성계수비중 (S)1.02370온도24.5C물과 글리세린의 혼합액의 밀도 계산 같다.

공학/기술| 2010.04.10| 12페이지| 1,500원| 조회(245)

유체공학, 점성계수, 유체공학실험

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