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[공학]Efflux time

◎ Efflux Time1. 실험 목적- 거시적인 에너지 수지 및 질량수지를 적용하여 탱크로부터의 액체의 유출 시간을 이론적으로 유도하여 보고 실험치와 비교하여 사용된 가정의 영향을 이해한다.- 실험중의 흐름이 층류인지 난류인지 구별하여 본다.2. 이론 및 원리1) Hagen-Poiseuille 식모멘텀 수지식으로부터 식을 얻으면, 압력구배의 식을 얻을 수 있다.Hagen-Poiseuille식은 층류일 경우에만 적용되는 식임에 주의해야 한다.2) Bernoulli 식마찰손실과 기계적 에너지를 포함하는 Bernoulli식.where,: Shaft Work: Total Friction Loss: Efficiency: 평균유속① 층류에서의 유출시간② 난류에서의 유출시간(2-4)3. 실험 장치 및 준비물1) 실험 장치Z1Z2DoRoLHhDRFig. 2-1. Equipment for Efflux Time2) 준비물① Stop Watch② Beaker③ Mass Cylinder④ Caliper⑤ Thermometer4. 실험 방법1) 직경과 길이를 알고있는 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. 결과 및 고찰1) 실험으로부터 얻은 값관의직경(D)관의 길이(L)시간(t)1회2회평균0.0115m0.30m13.17초13.45초13.31초0.006m0.60m45.98초46.85초46.42초0.26m45.71초45.54초45.63초0.15m44.43초44.97초44.70초0.003m0.60m207.84초205.38초206.61초0.30m200.88초202.03초201.63초0.15m196.46초197.12초196.79초? g = 중력 가속도 [=9.8m/s]? H = 탱크의 액면 높이 [=0.26m]? h = 남은 물의 높이 [=0.16m]? L = 관의 길이 [m]? t = 시간[s]? D = 탱크너비[=0.16m]? R = 탱크 반경[=0.08m]? Do = 관의 직경 [m]? Ro = 관의 반경 [m]? ρ = 액체의 밀도[=1000]? μ = 액체의 점도[=0.00131kg/m?s]2) 이론치① 층류와 난류일 경우 유출 시간을 구한다? 층류일 경우? 난류일 경우관의직경(D)관의 길이(L)유출 시간(t)층류난류0.115m0.30m0.38초12.91초0.055m0.60m6.27초84.17초0.26m4.69초71.32초0.15m3.54초60.73초0.003m0.60m100.27초552.38초0.30m79.78초484.62초0.15m56.70초398.53초② 유속을 구한 후 레이놀드수를 구한다관의직경(D)관의 길이(L)유속(u(m/s))Re0.115m0.30m4.2036881.190.055m0.60m2.3310655.830.26m2.8112890.310.15m3.3615409.370.003m0.60m1.423247.400.30m1.653776.510.15m2.054696.062) 고찰* 이번실험은 파이프의 직경과 길이를 다르게해서 각각의 유출속도를 측정 해보고, 이론값와의 차이를 비교해보는 실험이다. 실험은 비교적 간단하였지만, 이론값을 구하는 계산 과정이 복잡하였다. 처음엔 계산기를 이용해서 계산했는데 이론값이 측정값과 너무 큰차이를 보이고, 복잡한 계산식을 잘못 입력했을 수도 있다고 생각 하여서 엑셀을 이용해서 다시 계산하는 번거러움을 격었다. 결과를 보면 레이놀드 수를 보면 난류영역이나 천의영역이란 것을 알 수 있다. 그리고 유출시간을 비교해보면 첫 번째 실험값은 큰 차이가 나지 않지만 나머지 값은 큰 차이를 보인다. 원인으로는 파이프의 직경 및 길이측정에서 생기는 오차와 시간측정에서의 오차가 있을 수 있었다.* 실험을 하는 과정은 간단하였다. 하지만 이론치를 구하는 과정은 복잡한 계산이 있었다. 실험 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 직경이 조금만 차이가나도 이론값이 큰 차이가 나는 점에서 보아 직경 측정에서 나는 오차 때문인 것 같다.* 유출속도의 이론값을 구하는 과정에서 난류인지 층류인지 모르기 때문에 둘 모두 구했다. 구한후의 값을 비교해보면 난류일경우가 층류일경우보다 더 비슷해서 난류라고 추측을 하고, 유속과 레이놀드 수를 구해본 결과 2가지 경우는 천의 영역이고 나머지는 모두 난류영역 이였다. 그러나 실제 측정한 시간과 이론값과는 많은 차이가 있었다. 오차의 원인으로는 각 관들의 지름과 길이측정에서의 오차, 탱크의 지름 측정에 있어 Caliper의 길이가 짧아 30cm자를 이용한 점과, 탱크길이측정에서의 오차, 물높이를 측정하는데서 오는 오차, 그리고 시간을 측정할 때의 오차 등이 있을 수 있다.* 이번실험은 실험값과 측정값과의 차이가 매우 컸다. 실험 과정이 간단해서 쉬운 실험이라고 생각 했었는데, 계산은 하면서 어려움을 격었다. 계산은 하면서 관의 지름이나 길이에 따라 이론값이 매우 큰 차이를 보이는 것을 보고 가장 큰 원인이 관의 지름과 길이 측정에 있다고 생각했다. 뿐만 아니라 물이 빠져나가는 동안 탱크의 흔들림이나 온도 같은 점도 오차의 원인이라 할 수 있겠다.* 이실험은 관의 반지름과 길이를 빠꿔가면서 유체의 유출속도를 측정해보고 이론값과 비교해보는 실험이다. 이론값을 구하기 전에 실험을 하는 중에도 그 차이는 느낄 수 있었다. 같은 길이면 반지름이 클수록 유출시간이 짧게 걸렸다. 반면 같은 반지름관의 길이에 따른 차이는 크게 나지 않았다. 그러나 이론값에서는 이 차이도 큰 차이를 보였다. 실험과정에의 큰 어려움은 없었지만 관을 끼우는 과정이 조금은 번거러웠다. 관이 잘 고정이 되지않아 테이프를 감아야만 했다.* 이번실험은 관의 길이 및 직경에 따른 유출시간을 구하는 실험이였다. 실험과정의 어려움은 없었지만 실험값을 측정할 때 관의 길이에 따른 차이가 잘나지 않아 시간측정을 잘못할 수 있다고 생각해서 실험을 한번씩 더했었다. 그러나 역시 큰 차이를 보이지 않았다. 관의 지름이 클수록 길이가 짧을수록 유출속도는 더 빠르다는 것을 알 수 있었다. 이론값과의 차이가 많이 나는 것은 관의 직경 및 길이 측정, 탱크의 직경 ,물의 높이, 시간측정에서의 오차 등이 그 원인이라 할 수 있다.

공학/기술| 2007.04.17| 6페이지| 1,000원| 조회(477)

층류, Bernoulli, Efflux, Poiseuille, Hagen

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