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[기계공학 실험] 관수로 실험 평가B괜찮아요

제 4장. 관수로 실험(Pipe Flow Experiment)1. 실험목적관수로 실험장치는 관로내부를 흐르는 유체의 압력을 마노메타를 통하여 측정할 수 있도록 설계되었다.본 실험은 하부 수조에 있는 물을 펌프를 통하여 상부 수조로 올리면서 면적식 유량계와 마노메타로 부터 측정된 수두 및 유량을 여러 가지 유체역학적 관계식들에 적용시켜 관내부를 흐르는 유체의 질량 및 에너지 보존 원리의 이해를 목적으로 한다.2. 실험내용과 이론(1) 유량측정실험여러 가지 유체역학의 실험을 하는데 있어서 유량측정은 가장 기본적 인 요소이다.유체의 유량측정에는 HOT WIRE, HOT FILM, LASER DOPPLER등 다 양한 계측기구들을 사용하여 여러 조건하에서 유속이나 유량을 간편하게 측정할 수 있다.그러나 이러한 유속계를 사용하는 경우는 유량계 자체의 오차가 크고 경 제성의 문제로 인하여 대부분의 경우에는 VENTURI METER, NOZZLE, ORIFICE등의 기구를 사용하여 유체의 속도와 유량을 측정하고 있다.유체가 관로를 따라 흐를 때 관의 단면적이 변화하게 되면 관의 단면적 변화에 대응하는 유체의 압력변화가 생긴다. 이러한 압력 변화를 이용한 유량계를 압력차 유량계라 하며, ORIFICE METER, VENTURI METER, NOZZLE 등이 있다.비압축성 유체가 그림4-1과 같이 단면적이 축소하는 관로를 따라 흐를 때, 단면적이 각각A_1,A_2인 지점 1, 2에 베르누이 방정식과 연속 방정식을 적용하면,{P_1} over { gamma }{}+{}{{V_1} ^2} over {2g }{}+{}Z_1{} ={} {P_2} over { gamma }{} {{V_2}^2 } over {2g}{}+{}Z_2{} +{}h_L1-2(4. 1)A_1 V_1{} ={}A_2 V_2{} ={}Q(4. 2)와 같은 관계가 성립한다.우선 유로내의 에너지 손실을 무시하면 유량Q는 식(4. 1), (4. 2)로부터그림 4-1 단면적이 축소하는 관Q{}={} {A_2 } over {}R }을 얻는다.실제유량은 마찰손실, 표면장력 현상으로 인하여 이론값보다 작으므로 식 (4. 9)에 유량계수C_d를 곱해서 보정 한다.C_d {}{}={} { Q_actual} over {Q_ideal },h{}={} { gamma _0 - gamma } over { gamma }R이므로Q_actual{} ={} C_d{} {A_2 } over { SQRT { 1{}-{}(A_2 /A_1 )^2} }{} SQRT {2gh{}}그림 4-3 NOZZLE METER(3) NOZZLE관내의 비압축성 유체(incompressible fluid)흐름은 Bernoulli 방정식 으로 해석이 가능하다.{ P_1} over { gamma }{}+{} { {V_1} ^ {2}} over {{}2g }{}+{}Z_1{} ={} {P_2} over { gamma }{}+{} { {V_2}^{2}} over {{}2g }{}+{}Z_2{ P_1 -P_2} over { gamma }{}={} { {V_2}^{2} -{V_1}^{2}} over {2g }{}+{}(Z_2{} -{}Z_1 )(4. 10)여기서,Q{}{}={}A_1 V_1{} ={}A_2 V_2,V_1{} ={}({A_2 } over {A_1 }{})V_2,Z_1{} ={}Z_2라고 가정하고 식(4. 10)에 대입한다.{ P_1 -P_2 }over { gamma }{}={} {{ V_2}^2{} {(1{}-{A_2}^2 ) } over {{A_1}^2 } } over {2g }그러므로V_2{} ={} SQRT { 2g{}[ {(P_1 {}-{}P_2 ) / gamma } over {{ {(1{}-{}A_2}^2 ) }/ A_1^2} ] }여기서Q{}{}={}A_2 V_2이므로Q_ideal{}{} ={}A_2{} SQRT {2g{}[ { {(P_1 -P_2 ) }/ { gamma } } over { {{(1-A_2}^2 ) }/ {A_1}^2 }] }{}{}~~~~~~~~~#={}A_2{} [ {1 } over { ({1-어 표시하면Q_actual{} {}={}CA_0 {}SQRT {2{}gR{}( {S_0 } over {S_1 }-1) }(4. 14) 그러나 이 실험에서는 관에서 수두차를 측정하였으므로{P_1 -P_2 } over {1000S }{}={} {P_1 -P_2 } over { gamma }{}={}R{}( { S_0} over {S_1 }-1)(4. 14)식은 다음과 같다.Q_actual{} {}={}CA_0 {}SQRT {2g{}( { P_1 -P_2} over { gamma }) }(4. 15) 압력P{}={} gamma h,Δh{}={} {ΔP } over { gamma }이므로Q_actual{} {}={}CA_0 {}SQRT { 2g DELTA h{}}(5) WEIRQ{}={}KLH^3/2그림 4-5 WEIR,K{}={}107.1{}+{}( {}{0.177 } over {H }{}+{}14.2 {H } over {P }{})(1{}+ε)여기서Q: 노즐로부터 측정한 실제유량C: 수정계수rho {}: 유체의 밀도{}ΔP{}{}: 압력차(6) 직관 및 부속품의 마찰손실 측정실험수평원관에서 단면이 확대되거나 수축하는 경우에 발생하는 에너지 손실 에 관한 연구 및 여러가지 밸브의 마찰에 관한 연구는 산업시설에서 반드 시 고려되어야 하는 사항이다. 각종 보일러나 발전소의 파이프 라인등의 에너지 분야, 송유관이나 송수관, 또는 냉각수 공급에 쓰이는 각종 파이프 라인등 많은 응용분야에 필수적이다. 또한 수평원관에서 단면확장이나 단 면 수축에 의하여 발생하는 손실은 파이프 내의 압력강하와 직결되므로 이 는 송유관이나 송수관의 유량을 계산하거나 파이프라인 중간에 설치하는 가압펌프의 용량을 계산하는데 매우 중요하다.(7) 직관의 손실수두그림4-6과 같이 비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베 르누이 방정식이 성립한다.{P_1 } over { gamma{} }{}+{} {{V_1}^2 } over {2g }{}+{}Z_1{}={} { P_2} over { gamma 일어나는 운동량의 변화는{ gamma } over {g }{}A_1 V_1{} (V_1 -V_2 )이다.지금 단면A_1과A_2에서의 압력을 각각P_1{},{}P_2라 하고, 그들이 각 단면상 에 균일하게 분포되어 있는 것으로 가정하면, 단면a에서 오른쪽으로 작용 하는 힘은P_1 A_1이고, 단면b에서 왼쪽방향으로 작용하는 힘은P_2 A_2가 된 다. 단, 단면a에서 작용하는 압력은 일정하지않고 계속 변화하지만 단면A_1을 나온 직후이므로A_1에서와 같은 압력P_1이 작용하는 것으로 생각할 수 있다. 그런데 Newtow 운동의 제2법칙에 의해서 운동량의 변화와 이 변화를 일으킨 힘은 서로 같아야 하므로 다음의 관계식이 성립한다.{ gamma } over {g }{}A_1 V_1{} (V_1 - V_2 ){}={} P_2 A_2{} -{} P_1 A_1{}{}{} #{}{}gamma over g{} A_1 V_1 (V_1 - V_2 ) {}{} ={} A_1 V_1 over V_2 ( P_2 -P_1 )(4. 20)로 되고 또는{V_2 (V_1 -V_2 ) } over {g } {}={} {P_2 -P_1 } over { gamma }로 쓸 수 있다.이식으로부터{P_1 } over { gamma }을 구하면{P_1 } over { gamma }{}={} {P_2 } over { gamma }{}-{} { V_1 V_2} over {g }{}+{} {{V_2}^2 } over {g }{}={} {{V_2}^2 } over {2g }{}+{} { P_2} over { gamma }{}-{} {2V_1 V_2 } over {2g }{}+{} {{V_2}^2 } over {2g }으로 되며, 다시 이 식의 양변에{{V_1}^2 } over {2g }을 가하면{{V_1}^2 } over {2g }{}+{} {P_1 } over { gamma {} }{}={} { {V_2}^2} over {2g }{}+{} { P_2} over { gamma {}}{}+{}( { {V_1{})P_X{}-{}P_2{}={} { gamma } over {g }{}({V_2}^2{}-{V_X}^2 {A_X} over {A_2 }{})(4. 24)그런데 연속방정식에서{A_X } over {A_2 }{}={} { V_2} over {V_X }이것을 식(4. 24)에 대입하면P_X{}-{}P_2{}={} { gamma } over {g }({V_2}^2{}-{}V_X V_2 {})~~(4. 25)가 된다. 이식을 식(4. 25)에 대입하면 손실수두H는H_L {}={} {1} over {2g}({V_X}^2{} -{V_2}^2{}+{2V_2}^2{}-{}2V_X V_2{})#= { (V_X {}-{V_2})^2} over {2g }~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~그림 4-9 급축소관또는H_L{}={}( { V_X} over {V_2 }-1)^2 {{V_2}^2 } over {2g }이 되고 이식에 연속방정식의V_X /V_2 {}={}A_2 /A_X의 관계를 대입하면H_L{}={}( { A_2} over {A_X }{}-{}1)^2 {{V_2}^2 } over {2g }{}={}K { {V_2}^2} over {2g }(4. 26)이 된다. 여기서K는 손실계수로서K{}={}( {A_2} over {A_X }{}-{}1)이며, Weibach의 실험결과에 의하면 다음과 같이 대체로A_2 / A_X는A_2 /A_1의 변화에 따라 달라지고 아래표와 같이 된다.A_2{} /{}A_10.010.10.20.40.60.81.0A_2 {}/{}A_11.671.641.611.541.431.301.00식(4. 26)에서K값은 배관법에 따라 다르며 그 값은 그림4-10과 같다.그림 4-10 배관법에 따른 손실계수이K값은 Weisbach에 의하여 주어진 것이다.(12) 레이놀드 수Re{}={} { rho D{}V } over { mu }3. 실험장치4. 실험방법1) 저수조에 깨끗한 물을 4/5 정도 채운다. 그리고 모든 밸브를 완 전히 개방한다.2) 전원 콘센트를 11잠근다.

공학/기술| 2003.12.08| 19페이지| 1,000원| 조회(2,188)

실험, 관수로, 유량측정, Venturi, Nozzle

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[기계공학 머신] 마이크로머신 평가B괜찮아요

..PAGE:1목 차Ⅰ. Micro machine이란 ? ------------ 3Ⅳ. Micro machine의 장단점 ---------- 19Ⅱ. Micro machine의 특징 ----------- 4Ⅲ. Micro machine의 응용분야 -------- 5Ⅴ. Micro machine의 미래동향 -------- 20Ⅵ. 자료출처 --------------- 21─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:2Ⅰ. Micro machine이란 ?Micro단위의 기계와 전자회로 가같은 크기의 공간에서 공존하는 System─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:3▶ Micromachining Technology의 특징Ⅱ. Micro machine의 특징Batch Process 가능고속응답, 구도용이, 고감도Cable 수가 적다. 잡음이 적다.압저항효과, 전계효과 등- 다기능의 복합화, System이 소형화되어사용장소의 제약이 작아서 도움이 된다.- 내부의 무효체적이 작다.(제어기기등)위치관계가 정확(광학기기 등)Hysteresis 가 작다.(결함이 적은 단결정이다.)저열용량, 고속응답, 고강도, 열절연, 구동용집적회로내장강 도 큼박막, 초박막기 능 성일 체 화특 징비 고─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:4Ⅲ. Micro machine의 응용분야3. 의료/바이오 분야2. 자동차 분야1. 정보통신 분야4. 기타 분야─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:5광신호 분리기, 광단속기, 정보 검출기, 초정밀 조립기,광통신 소자 및 부품, 잉크젯 헤드, 하드디스크 드라이브(HDD)1. 정보통신 분야마이크로머신 기술을 통해 시스템의 크기와 부품의수를 줄이고 신뢰성을 높일 수 있다.─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:6에어백용 가속도계, 차체제어용 자이로,MAP센서(흡기관 절대압력 측정 센서), 타이어 공기압 센서현재 사용 사례- 가속도 센서(자동차에어백에 사용)초소형 가속도계는 저렴하게 대량생산되어 기존의 가속도계를 대체가속도 센서의 동작원리2. 자동차 분야─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:72. 자동차 분야2-자유도의 센서를 구현하기위해서, 수평 및 수직 빔으로형성된 T자 빔(beam)에연결된 서라운드형의메스 구조의 센서─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:82. 자동차 분야─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:92. 자동차 분야HL : 수평빔VL : 수직빔왼쪽 그래프는수평 빔과 수직 빔의 길이비(HL/VL)에 대한 변위 특성─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:10인공심장 , 보청기 , DNA칩 , 대장 내시경로봇 , 압력센스3. 의료/바이오 분야현재 사용 사례- 기존의 불편했던 내시경을 대체할 수있는 앞 머리에 카메라를 장착한 내시경 로봇.호스 같은 내시경 카메라와는 전혀 다른스스로 움직이는 로봇.─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:11전자유량센서페러데이의 전자기 유도법칙을 응용한 마이크로 전자 유량 센서3. 의료/바이오 분야─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:12인체에 사용하는 압력센서혈압, 뇌압, 안압 등을 측정하는 센서3. 의료/바이오 분야─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:133. 의료/바이오 분야대장 내시경 로봇─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:14대장내시경 로봇3. 의료/바이오 분야─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:15첫째- 혈액 안의 포도당을 이용하는 방법둘째- 사람이 먹는 음식을 이용해 에너지를 얻는 방법셋째- 외부의 전파(MICROWAVE)를 이용해 에너지를 얻는 방법넷째- 빛으로 에너지를 얻는 방법3. 의료/바이오 분야▶ 몸속에서 에너지를 얻는 방법─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:16사무자동화(OA) , 전자 , 가전 , 설비 분야4. 기타산업현재 사용 사례- 마이크로 변속기마이크로변속기는 동축상에 형성된 작은 기어와 큰 기어가 다른 기어에 맞물린 구조로 되어 있어 동력을 감속 전달시킴으로써 토크를 증대사용 예) 마이크로거울─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:174. 기타산업마이크로엔진마이크로변속기─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:18Ⅳ. Micro machine의 장단점▶ 마이크로 머신의 단점▶ 마이크로 머신의 장점고체생산으로 대량생산 가능하다소형화가 가능하다3. 재료의 가격이 늦은편이다비용이 비싼 청정실 설치해야 한다이 기술로인해 새로운 사고와 오용을 나을수 있다많은 전문가의 필요로 중소기업에서는 힘들다─* ─ANDONGNATIONAL UNIVERSITY..PAGE:19Ⅴ. Micro machine의 미래동향제품의 경량화와 낮은 가격

공학/기술| 2003.12.08| 22페이지| 1,000원| 조회(548)

마이크로, 머신, 마이크로머신

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