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[공학]3운동량이론실험 평가A좋아요

1. 실험목표 :운동량 이론을 이용하여 물체에 작용하는 힘과 그 물체에 작용하는 유체의(단위 시간당의 ) 운동량이 같음을 실험으로 확인하는데 목적이 있다.2. 관련이론 :● 운동량 방정식질량 m인 물체에 F의 힘이 작용하여 v의 속도로 물체가 운동할 때 뉴톤 운동 제2법칙에 의하면(힘) = (진량) × (가속도)즉,(4-1)또는여기서 dt는 F가 가해진 시간이고,는 운동량,는 역적이라 한다. 그러므로 식(4-1)은 다음과 같이 쓸 수 있다.(∑)(4-2)합력의 역적은 운동량의 변화량과 같다.여기서 합력의 역적을 , 운동량의 변화를, 유량은 Q, 유체의 밀도를라 하고, 단면 (4-1, 2)식에서의 속도를 각각라 하면∑(4-3)결국, (외력) = (질량유량) × (속도변화) 가 된다.이을 운동량 유속(momentum flux)이라 한다.직교 좌표계를 사용하여 표시하면,(4-4)곡관에서의 역적과 운동량 방정식은(4-5)유량을 Q라 하면 연속방정식에서(4-6)단위시간에 있어서 두 단면을 출입하는 질량을 각각이므로,,,,이며,이므로,로 된다.3. 실험장치 :[그림 1] 분류 충격실험장치4. 실험방법 :[1] 분류 충격실험장치를 하이드로릭 벤치 위에 설치한다.[2] 펌프 송출부와 유입관로를 호스로 연결한다.[3] 장치의 상부에 위치한 눈금을 0으로 맞춘다.[4] 펌프 구동 스위치를 ON하여 펌프를 구동한다.[5] 하이드로릭 벤치의 유량조절밸브로 노즐에서 유출되는 유량을 조절하고 측정한다.[6] 유체가 물체에 미치는 힘과 중추의 무게가 평행을 이루게 만든 후 추를 이용하여 중량추의 무게 W를 구한다.6. 고찰 :[1] 물체의 형상(90˚, 120˚, 180˚)에 따른 유체 흐름 방향과 x, y 방향의 속도성분에 대한 고찰 (유체의 흐름이 단면의 방향에 따라 진행하며, 노즐에서 처음 분사되는 유체의 속도 (V1)와 각각의 형상을 벗어날 때의 속도(V2)는 같다고(마찰무시) 가정한다.)① 물체의 형상이 90˚인 경우 [그림 2]형상V2(V2y=0 V2x=V1y)V1y(V1X=0)V2x(=V1y)는 존재하나 V2y(=0)는 존재하지 않는다.② 물체의 형상이 120˚인 경우[그림 3]V2x30˚120˚ V1y V2y60˚V2③ 물체의 형상이 180˚인 경우 [그림 4]180˚V2yV1yV2y(=-V1y)는 존재하나 V2x(=0)는 존재하지 않는다.[2] 운동량 이론에서 계산한 값 Fy와 실제 중량추의 무게 W의 관계에서 오차 발생에 대한 고찰.운동량 이론을 이용하여 계산한 값 Fy는 유체가 형상에 부딪친 후 그형상에서 벗어날 때까지의 마찰을 무시했기 때문에 실제 중량추의 무게 W와 오차가 발생하는 것이다.7. 결론 :물체에 작용하는 추의 무게와 그 물체에 작용하는 단위 시간에 대한 운동량의 변화가 같다는 것을 실험을 통하여 확인하였다. 이로서 운동량 이론 법칙의 타당성을 입증할 수 있었다.8. 참고문헌 :유체역학 및 기계, 김장호 장부규 저, 지구문화사, p77~p78

공학/기술| 2006.09.20| 5페이지| 1,000원| 조회(907)

실험, 이론, 뉴톤, 운동량, 물체

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[공학]원심펌프성능실험 평가C아쉬워요

원심펌프 성능실험1. 실험목적원심펌프의 구조와 작동원리를 이해하고, 펌프의 규정 회전수에 송출유량, 전양정, 축동력, 효율, 비속도 등의 관계를 조하하고 성능곡선을 실험으로 구한다.2. 관련 이론2.1 원심펌프의 작동원리원심펌프는 옆의 그림과 같이 몇 개 의 굽은 날개를 갖는 회전차를 물이 가득 찬 케이싱에서 회전시키면, 원심 작용으로 회전차의 중심부는 압력이 낮아지기 때문에 이 부분에 흡입관을 연결하여 유체를 흡입하고, 이 유체가 회전차의 깃(날개) 사이를 반지름 방향으로 흐르는 동안에 기계적 회전 에너지가 유체 에너지(주로 압력에너지)로 변환되어 케이싱을 지나 송출한다.옆의 그림은 원심펌프의 구성도이며, 원심퍼프의 흡입관, 송출관, 푸트밸브, 게이트밸브로 구성되어 있다. 또 펌프의 기본구성 요소는 펌프 본체, 회전차, 주축, 축이음, 베어링 본체, 패킹상자, 베어링이며, 펌프 본체는 안내깃, 외살, 와류실로 되어 있다.2.2 펌프의 전양정옆의 그림은 펌프의 양정(head)을 나타낸 것이며, 흡입 수면과 송출 수면사이의 수직 높이를 실양정(actual head), 이것을 펌프의 중심에서 상하로 나누어 흡입수면까지의 수직 높이를 흡입 실양정(Hs), 송출 수면까지를 송출 실양정(Hd)이라 한다.펌프에서 실양정 Ha 이외에 흡입, 송출관로의 마찰손실수두 hs, hd와 잔류 속도수두로 수조에 방출되는 v2d/2g의 에너지를 고려하여야 실양정 Ha까지 물을 송출할 수 있다. 이 총 손실수두를 실양정에 합한 것을 전양정(total head)Ht라 한다.펌프 흡입구와 송출구에 압력계를 달아 압력을 측정하면, 이들 압력계에서 측정한 값은 펌프 흡입구와 송출구에서 정수두를 나타내며, 이것으로부터 전양정을 구할 수 있다. 펌프 흡입구와 송출구에서 압력계 읽은 값을 수두로 나타내어 라 하고, 흡입관과 송출관의 유속을 vs, vd, 또 흡입측과 송출측의 총 손실수두를 hls, hld라 하면,로 된다.액체는 그 밖에 측정점에서 속도에 따라 정해지는 속도수두가 있다. 따라서 흡입측과 송출측에서 액체의 전 에너지, 즉 흡입양정 Hs와 송출양정 Hd는 다음과 같다.따라서 전양정 Ht는이다. 만약 흡입구경과 송출구경이 같으면, vd=vs이므로로 된다. 이겨서 주의할 점은 펌프 흡입구의 압력이 진공압력이며, 부압이므로 위의 식은 다음과 같다.2.3 펌프의 동력, 효율 및 비속도원심펌프는 3상유도전동기로 구동하며, 펌프를 구동하는데 필요한 축 동력은 다음과 같다.식에서 A는 전류, V는 전압, cosφ는 역률, ?m은 전도기의 효율을 나타낸다.펌프 송출유량은 삼각형 위어 TW로 측정하며, 유량 계산식은 다음과 같다.식에서 H는 수위(m), D는 수로 밑면에서 삼각형 위어 꼭지점까지 거리(m), B는 수로 폭(m)이다. 실험장치에서 B=0.6m, D=0.12m이다.펌프동력 또는 수동력은 펌프가 유체에 공급하는 동력이며, 송출유량Q(m3/min), 전양정 Ht(m)일 때, 다음과 같다.식에서 ?는 액체의 비중량이며, 물은 1000kgf/m3이다.펌프 효율은 펌프를 구동하는 데 필요한 축동력 Ls와 수돌력 Lp와의 비로 다음과 같다.다음 펌프의 비속도는 그 성능이 단위 유량 (Q'=1m3/min), 단위 양정(Ht'=1m)일 때의 회전수를 나타내며, 다음 식과 같다.비속도는 무차원 수가 아니고 유량, 전양정, 회전수의 단위에 따라 다른값을 가진다. 밑의 표는 비속도에 따른 펌프 형상과의 관계를 나타낸다.표에서 보듯이 비속도는 펌프의 형식을 결정하는 데 매우 중요하다. 고압펌프는 전양정은 높지만 유량은 적으므로 회전차 형상에서 출구 폭이 좁은 반경류형의 펌프가 되고 비속도가 낮다. 전양정이 낮으면 유량이 많은 펌프가 대부분이고, 회전차 형상도 흐름의 방향이 완만하게 변하는 축류형 펌프로 되고 비속도는 크다. 유량이 더욱 증가하면 흐름은 완전히 축방향만인 축류형 펌프가 되고 비속도는 더욱 커진다.3. 실험장치4. 실험 방법① 펌프를 구동하여 수로 W에 물을 채운다.② 펌프를 정지시켜 삼각형 위어 꼭지점에 물의 수위를 정확하게 맞춘다.③ 후크 게이지 J로 기준수위 H0를 측정하여 둔다.④ 밸브 V-1을 닫은 상태에서 원심펌프를 구동한다.⑤ 밸브 V-1을 열어 적절한 수위로 설정하여 실험을 수행한다.⑥ 이 때의 전압(V), 전류(A), 역률(cosφ), 송출압력, 흡입압력, 수위,펌프의 회전수를 측정한다.⑦ 밸브 V-1을 열어 유량을 변화 시키면서 5회 반복 실시한다.5. 관련 계산식① 위어 수위 H = H0 - H' [ m ]② 위어 유량계수③ 송출 유량 Q = KH5/2 [ m3/min ]④ 전양정 Ht = Hd - Hs [ m ]⑤ 수동력 [ PS ]⑥ 축동력 [ PS ]⑦ 효율 ? = Lp/Ls * 100 [ % ]⑧ 비속도 Ns = N * Q1/2/Ht3/4 [ rpm ]6. 결 과기 준 수 위225mmB0.6mD0.12m비 중 량1000kgf/㎥실험횟수유량전양정측정수위H`[]수위H[]유량계수K[-]유량Q[]흡입압력[][]흡입양정[]송출압력Pd[]송출양정Hd[]전양정Ht[]11910.03488.3070.0190.0191.41.8118.09618.07721690.05685.4860.0630.02721.6116.09716.073135.20.09084.0260.2030.0231.71.817.99717.97341240.10183.8400.2720.0191.41.7517.49717.4785102.50.12383.720.440.010.71.6015.99715.987실험횟수전동기원심펌프전압V[V]전류A[A]역률[][-]효율[][-]회전수N[]수동력Lp[]축동력Ls[]펌프효율[]비속도Ns*122070.60.8617150.071.873.73528.48622207.40.640.85517790.1992.0969.48061.5932208.10.70.84517740.7352.48129.64598.55542208.60.710.83217710.9722.6336.966114.89252209.70.760.8217631.4953.1347.76151.1417. 고 찰1학기 마지막 유체 실험으로 원심 펌프 성능실험을 하였습니다.원심 펌프를 이용하여 회전수에 다른 유량을 관찰하고 유량에 따른 축동력, 효율, 비속도, 수동력등을 알아보는 실험이었습니다. 위의 결과 그래프에서 보여주듯이 회전수가 증가하면 그에 따라 유량이 많아진다는 것을 알 수 있었습니다. 그리고 유량이 증가하면 그에 따라 수동력, 축동력, 효율, 비속도가 비례하여 증가 한다는 것을 알 수 있었습니다. 수동력과 효율이 비슷한 추이로 증가한다는 것을 알 수 있었고, 축동력과 비속도가 비슷한 추이로 증가 한다는 것을 볼 수 있었습니다.

공학/기술| 2006.09.20| 9페이지| 1,000원| 조회(2,221)

원심펌프, 원심펌프실험, 성능실험

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[기계공학]베르누이 실험

베르누이 실험1. 실험 목적베르누이방정식은 유속 및 유량의 측정, 관로유동 해석 등 유체역학과 관련된 대부분의 문제를 해결하는 데 출발점이 되는 기본 방정식이다.본 실험에서는 베르누이방정식의 각항들의 관계를 실험을 통하여 알아보고자 하며, 점차 확대-축소 또는 축소-확대 테이퍼 원 관속에 유체가 흐를 때, 베르누이 정리를 적용하여 압력수도, 속도수두, 위치수두와 관련된 유체의 에너지보존에 대해 실험으로 확인한다.2. 이 론1)베르누이 방정식위의 그림에서와 같이 비압축성 이상유체가 정상유동을 하고 있다고 가정하자. 그러면 임의의 유선 1-2상에서는 다음과 같은 베르누이방정식이 성립한다. 즉,여기서 p는 유체의 압력, v는 유체의 속도, Υ는 유체의 비중량, z는 임의의 수평 기준선으로부터의 높이, 그리고 g는 중력가속도를 나타내고, 하 첨자 1, 2는 각각 유선상의 점 1, 2를 표시한다.위 식의 각 항은 길이의 차원(m)을 가지고 있으며, 유체의 단위 중량당 압력에너지(p/Υ), 운동에너지(v2/2g), 그리고 위치에너지(Z)를 나타낸다. 따라서 위의 식은 비압축성 이상유체가 흐르는 동안 역학적 에너지의 총합이 항상 일정하게 유지된다고 역학적 에너지 보존법칙을 기술하고 있다.위의 식은 이상유체인 경우에 해당되며, 실제 유체에서는 유체가 유동할 때 유체 점성에 의하여 역학적 에너지손실이 발생하므로 전 수두(total head)H는 감소하게 된다. 따라서, 실체 유체에서는 위의 식이 다음과 같이 수정된다.위의 식과 같이 변화하게 되나 우리는 지금 압력과 높이와의 관계만을 알아보기 위해서마찰손실수두인 hL1-2를 제외 하고 생각한다. 다음과 같이 우리는 유체를 물로서 하기 때문에 다음과 같다.p : 각 지점의 압력(kg/㎡): 물의 비중량(1000kg/㎥)V : 유속(m/s)g : 중력 가속도(9.8m/s2)Z : 기준면으로부터 관 중심까지의 높이(m)2)에너지와 수두물의 상태를 수력학적으로 분명히 하기 위해서는3가지 요소가 필요하다. 즉, 위치(높이) ? 압력 ? 속도가 그것이다.물은 이러한 요소를 가짐으로써 각각의 일을 하는 능력(에너지)을 가지게 된다. 그런데 1(kg)의 물이 여러 가지의 상태에서 가지고 있는 에너지를 수두(Head)라는 용어로 표현하는데, 원래 수두는 물의 높이 또는 깊이라는 의미였다. 단위를 몇 m라고 하는 길이의 단위로 나타내지만, 에너지를 나타내는 수두도 길이의 단위로 나타낸다.⑴ 위치수두높은 곳에 있는 물은 낮은 위치에 대하여 일을 할 수 있는 능력을 가지고 있다. 수차 등의 경우가 이에 해당된다. 위치수두 Z(m)라고 하는 것은 물 1(kg)당 Z(kg?m)의 에너지를 가지고 있다는 것을 의미한다.⑵ 압력수두압력을 가진 물은 그 압력에 의해서 일을 할 수 있으므로 압력에 의한 에너지를 가지고 있다. 이 P/Υ (m)를 압력 P(kg/m2)를 가진 물의 압력수두(Pressure head)라고 한다. 따라서 압력수두 P/Υ(m)라는 것은 물 1(kg)당 P/Υ(kg?m)의 에너지를 가지고 있음을 의미하고 있다.⑶ 속도수두어떤 속도를 가지고 흐르고 있는 물은 그 속도 때문에 운동에너지를 가지고 있다. 지금 W(kg)의 물이 V(m/S)의 속도로 흐르고 있다면, 그 때의 운동에너지는 중력가 속도(gravitional acceleration, 물체가 지구상에서 자연 낙하할 때의 가속도로 9.8m/s2임)를 g라고 하면, 역학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.(kg?m)따라서 1(kg)당 에너지는로 되어 높이의 단위 m로 나타내어진다.이(m)를 속도 V(m/S)의 속도수두(Velocity head)라고 한다. 따라서 속도수두(m)라는 것은 물 1(kg)당(kg?m)의 에너지를 가지고 있음을 의미한다.⑷ 전수두물이 어떤 기준면에서 H(m)의 높이에 있고 압력 P, 속도 V일 때, 그 물은 위에 설명한 3개의 에너지를 동시에 가지고 있게 된다. 일반적으로 물이 가지는 수두의 총합을 전수두(Total head)라고 한다. 이 전수두를 H라고 하면즉, 이 물은 H(m)의 전수두를 가지고 단위중량(1kg)에 대하여 H(kg?m)의 전에너지를 가지고 있음을 의미한다.3. 실험장치 및 방법⑴ 실험 장치본 기기는 베르누이 방정식을 이해하기 위한 실험장치로써 베르누이방정식은 유속 및 유량의 측정, 관로유동 해석등 유체역학과 관련된 대부분의 문제를 해결하는데 출발점이 되는 기본 방정식이다.본 실험의 목적은 베르누이 방정식 및 이와 관련하여 유체유동 중에 일어나는 에너지 손실,다시 말하면 역학적 에너지 손실 등에 대한 개념을 이해하는데 있다.⑵ 실험 방법1. 펌프를 작동 시킨다2. 입구밸브와 출구밸프를 적당히 열어서 유량을 조절한다.3. 액주계의 수주 높이가 변동하지 않는 정상상태에 도달할 때까지 기다린다.4. 각 수조의 수주와 액주계의 수주를 뒤의 모눈종이를 보고 측정한다.5. 실험과정 동안의 시간과 흘러나간 물의 양을 측정하여 시간당 유량의 변화를 측정한다.6. 유량의 변화를 주면서 반복 실시한다.4. 실험결과 정리1) 압력수두, 속도수두, 위치수두, 전압의 물리적 의미에 대하여 고찰한다.2) 전압, 압력수도, 속도수두 값을 압력 측정 위치에 따라 그리고, 그 차이에 대하여 검토 한다.3) 전압 측정값과 계산값을 측정 위치에 따라 그리고, 그 차이에 대하여 검토한다.5. 관련 계산식1) 체적유량 Q = Vol/t * 1000 [cm3/s]2) 평균속도 V = Q/A [cm /s]*시험부의 정압 측정공의 위치에 따른 지름 변화d1 = 25.0, d2= 14.6, d3 = 12.4, d4 = 11.3, d5= 10.6, d6 = 10.03) 속도수두 = V/2g*전수두 = 압력수두 + 속도수두 + 위치수두p = γh, Z1=Z2를 위 식에 대입하면,h1 + V12/2g = h2 + V22/2g = H4) 전수두 hx + Vx2/2g = Hx x=1,2,3.....6. 실험 결과가) 측정값실험횟수체적(ℓ)시간(t)측 정 값 [mmAq]12345671243.49s1931*************71952228.86s*************771352073336.50s*************761092244327.18s*************7556256나) 계산값1. 첫 번째 실험측정위치단면적 (cm2)(A)압력수두(cm)속도(cm/s)속도수두(cm)전압(H)(cm)손실수두(cm)14.9019.39.360.0419.34021.6718.827.470.3819.180.1631.2018.038.080.7418.740.6041.0017.345.861.0718.370.9750.8817.752.111.3819.080.2660.7815.758.551.7517.451.89유량 Q = L/t = 2/43.49 = 45.99[cc/s]2. 두 번째 실험유량 Q = L/t = 2/28.86 = 69.30[cc/s]측정위치단면적 (cm2)(A)압력수두(cm)속도(cm/s)속도수두(cm)전압(H)(cm)손실수두(cm)14.9020.714.120.1020.80021.6720.046.390.8720.870.731.2018.557.391.6820.180.6241.0017.269.102.4319.631.1750.8817.778.533.1420.840.460.7813.588.243.9717.473.333.세 번째 실험유량 Q = L/t = 3/36.50 = 82.19[cc/s]측정위치단면적 (cm2)(A)압력수두(cm)속도(cm/s)속도수두(cm)전압(H)(cm)손실수두(cm)14.9022.316.740.1422.44021.6721.049.091.2322.230.2131.2018.868.062.3621.161.2841.0016.681.953.4220.022.4250.8817.693.144.4222.020.4260.7810.9104.655.5816.485.964. 네 번째 실험유량 Q = L/t = 3/27.18 = 110.38[cc/s]측정위치단면적 (cm2)(A)압력수두(cm)속도(cm/s)속도수두(cm)전압(H)(cm)손실수두(cm)14.9025.522.490.2625.76021.6723.465.932.2225.620.1431.2019.491.404.2623.652.1141.0015.7110.386.1821.883.8850.8817.5125.087.9825.480.2860.785.6140.5410.0715.6710.097. 고찰유체실험시간에 첨으로 실험한 베르누이 실험은 2학년 유체 시간에 시험 기구와 예용택 교수님이 하는 것을 본 것이 처음이었습니다. 그리고 3학년이 되어 첨으로 직접 실험을 한다는 것에 궁금증과 호기심이 있었습니다.실험을 하고 보고서를 쓰면서 유량에 따라서 전체 압력이 달라진다는 것을 알 수 있었습니다. 그리고 압력과 속도는 반비례한다는 것을 알 수 있었습니다.또한, 전압은 압력수두와 속도수두의 합과 같다는 것을 알게 되었습니다. 그러나 유체가 흐르면서 마찰로 인한 손실 수두가 생긴다는 것을 알게 되었습니다. 그리고 실험결과 중 전압이 다르게 나오는 것들이 있는 것으로 보아 실험중에 저의가 잘못한 것이 있는 거 같습니다. 그리고 측정 위치 5번에서 항상 정확하지 않은 답이 나오는 것으로 보아 5번 위치의 장치의 이상이 있거나 우리가 실험 중 무엇을 잘못한거 같습니다.

공학/기술| 2006.05.08| 9페이지| 1,000원| 조회(1,302)

유체실험, 베르누이, 베르누이실험, 베르누이시험, 유체시험

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