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ANSYS 모델링을 이용한 에어커튼의 성능실험 평가A+최고예요

유체공학 수치실험 보고서실험 주제 : ANSYS 모델링을 이용한 에어커튼의 성능실험실험 원 :실험 결과 요약ANSYS를 이용하여 시중에서 많이 판매되고 있는 에어 커튼의 성능 및 효과를 실험해 보았습니다. 에어커튼은 건물 내부와 외부의 온도와 압력차에 따라 내부에서 외부로 외부에서 내부로 흐르는 공기의 유동을 차단하여 내부의 온도 손실과 에너지, 냉 난방비를 절감 할수있는 장치입니다.모델링은 에어커튼의 성능과 에어커튼의 작동시 실내의 창문의 개폐여부에 따른 내부와 외부의 공기 유동의 차이를 알수있도록 하였습니다.인터넷 검색을 통하여 시중에서 사용되고 있는 에어커튼의 성능 최고값 17m/s 최소값 10m/s 차례로 대입하여 모델링 해보고 같은 성능의 에어커튼작동 중에 창문을 열었을 경우와 닫았을 경우를 모델링 하여 유선의 흐름을 통해 내부와 외부의 유동을 눈으로 확인 해보았습니다.에어커튼의 성능의 차이는 그림 9, 10 에서와 같은 유선의 분포를 보여 공기의 속력이 빠른 즉, 성능이 좋은 에어커튼의 경우 내부와 외부의 공기유동을 잘막았고, 또 에어 커튼의 성능이 같더라도 창문의 개폐 여부에 따라 많은 차이를 공기 유동의 많은 차이를 보였습니다.목 차제 1 장 서론 ……………………………………………………………3제 2 장 에어커튼의 효능에 관한 모델링1. 모델의 계략도 …………………………………………………… 42. 모델의 치수 ……………………………………………………… 43. 모델의 경계설정 ………………………………………………… 44. 모델의 치수 …………………………………………………………5제 3 장 모델링의 결과 및 검토1. CFX-SOLVER 를 이용한 컴퓨터의 계산 ……………72. CFX-POST를 통한 결과값의 비교 ………………………8(1) 에어커튼의 성능 에따른 비교(2) 창문의 개폐 여부에 따른 유선의 비교(3) 모델의 속도 벡터제 4 장 결론 ………………………………………………………………9참고문헌 …………………………………………………………………………9제 1 장 서 론에어 커튼은 출입이 빈번한 곳에 설치 하여, 건물 내부와 외부의 온도와 압려차에 따른공기 및 유해물을 차단하여 실내의 온도를 유지하며 여름철 벌레등의 해충의 내부 침입을 막으며 겨울철 내부의 온도 손실을 막습니다.이러한 에어커튼의 실제 효능을 알아보기 위하여 한 회사에서 만들어진 에어커튼의 실제 성능을 ANSYS를 이용하여 모델링 하여 어떠한 결과를 얻을수있는지 알아보았습니다.기본적 설계는 건물의 정면에 에어 커튼을 설치하고 에어커튼의 성능 즉 바람의 세기에 따른 내부와 외부의 공기 차단 정도를 유선을 통하여 구하고 에어커튼을 작동시키면서 다른 창문을 개방하면 내부와 외부의 공기 유동이 어떻게 변화 하는지 유선을 통하여 알아 보았습니다.그림 2 삼성에서 만들어진 에어커튼의 성능그림 1 에어 커튼의 효능제 2 장 에어커튼의 효능에 관환 모델링ABCD1) 모델의 개략도그림 3 모델의 개략도2) 모델의 치수건물의 가로 길이 = 12M건물의 세로 길이 = 12M건물 지붕까지의 높이 = 3M문의 폭 = 1.5M문의 높이 = 2.3M창문의 높이 = 1M창문의 폭 = 1.5M내부기둥의 지름 =0.8M3) 모델의 경계 설정에어커튼 공기를 이용하여내부와 외부 차단출입구그림 4 에어커튼이 달린 출입구건물의 바닥 온돌역활을 하여건물 내부의 온도유지그림 5 건물이 바닥 부분건물내무의 공기가 외부로 유동되어질 창문그림 6 건물의 창문4) 각 부위의 경계 값가. 에어 커튼의 경계값방 향그림 3 B의 화살표 방향속 도13~17m/s온 도상온 297K에어 커튼의 경우 외부 상온의 공기를 빨아들여 사용함으로 온도는 상온으로 일정하게유지 시키고 속도는 삼성에서 만든 에어커튼의 성능표에 따라 13~17m/s로 변형 시킨다.나. 출입구의 경계값방 향inlet속 도2m/s온 도상온 297K대기 상태 이기 때문에 실내와 외부의 온도 차에 의한 공기 이동을 에어커튼이 얼마나 차단하느냐에 따라 값이 바뀌게 될것이다.다. 바닥에서의 경계값방 향wall속 도0온 도303K건물 바닥은 30도의 온도를 유지하게 하여 외부와의 온도 차이를 유지 하게 하는 역할 을 할것디아.라. 창문에서의 경계값방 향opening속 도정하지 않음온 도정하지 않음창문 밖은 상온의 대기 상태 이기 때문에 내부의 온도에 따른 압력차이에 따라 경계값이 바뀌게 될것이다.그림 7 경계의 설정 (CFX-PRE 단계)제 3 장 모델링의 결과 및 검토1) CFX-SOLVER 를 이용한 컴퓨터의 계산그림 8 CFX-SOLVER 를 이용한 모델링 값의 계산치2) CFX-POST를 통한 결과값의 비교(1) 에어커튼의 성능(에어커튼에서 나오는 바람의 세기)에 따른 유선 분포그림 9 에어 커튼의 속력이 10m/s그림 10 에어 커튼의 속력이 17m/s그림 9, 10에서 와 같이 에어 성능이 향상 될수록 실내로 들어오는 바람이 줄어드는 것을 알수있다. (단 위의 상태는 문을 열고 에어 커튼을 켠 상태로 창문은 닫았다.)(2) 창문의 개폐 여부에 따른 유선의 비교그림 12 에어 커튼의 속력이 10m/s그림 11 에어 커튼의 속력이 17m/s(1)과 조건에 이번에는 창문을 열어 보았다. 그림 10과 11을 비교 해보면 알수있듯이 에어커튼으로 외부와의 공기가 어느정도 차단된 상태에서 창문을 열면 에어 커튼의 성능이 급격히 저하 됨을 알수있다. (유선의 가닥수가 그림 10에 비하여 그림 11은 훨씬 많아진것을 알수있다.)

공학/기술| 2007.12.21| 9페이지| 1,500원| 조회(1,120)

수치해석, ansys, 모델링, 모델, 내부, 에어커튼

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유동가시화장치를 이용한 유동가시화실험

유체공학실험 보고서실험 주제 : 유동가시화 실험실험 일시 : 2007년 10월 17일실험 조건 : 온도( 23 ℃), 습도( 44 %)실험 조원 :실험 결과 요약유동장 정보를 가장 손쉽게 얻을 수 있는 방법이 유동가시화(flow visualization)이다. 유동가시화는 전달현상(transport phenomena)과정을 가시화하는 것으로, 속도, 압력, 밀도 및 온도 등과 같이 우리 눈에는 보이지 않는 유동정보의 공간분포를 시간과 공간의 어떤 범위 안에서 눈에 보이도록 하는 실험방법을 말한다. 유동가시화는 대부분 비접촉 방식으로 유동 자체를 교란시키지 않으면서 어떤 순간의 전체 유동장을 가시화함으로써 측정하고자 하는 유동에 대한 공간적인 유동정보를 제공한다. tracer방법인 수소기포 가시화장치를 사용하여 platinum 와이어에 의해 생성된 작은 수소기포를 통해 여러 형상을 통과하는 유동의 모습을 관찰을 통해서 각각 다른 형상의 와류의 모습과 후류의 모습을 볼 수 있다. 하지만, 실험실에 있는 장치의 오염으로 인해 이번 실험에서는 뚜렷한 와류를 목격 할수 없었다. 교수님과 조교님께서도 어쩔수 없다고 말씀 하셨다. 이번 실험은 정확하고 적절한 결과 값을 구할수 없었기 때문에 결과 및 고찰은 실험이 잘된 조의 사진과 우리 실험 사진을 비교해 보고 이론적 고찰을 함으로써 이번 실험을 마무리 지었다. 실험전 공부했던 이론을 눈으로 직접 확일 할수없어서 아쉬운 실험 이였다.유 체 공 학 실 험 보 고-제목 : 수소기포가시화 장치를 사용한 유동현상1. 실험 목적수소기포가시화 장치를 이용하여 물체 주위 유동을 가시화 하여보고 수업시간에 이론으로 배웠던 유선, 유적선, 유맥선, 시간선 등의 개념을 이해하고 현상을 직접 관찰함으로써 이상적인 흐림 상태를 이해할수 있게 된다2. 실험 관련 이론1) 유선(streamline)■ 속도는 벡터이며, 크기와 방향을 갖는다. 유선(streamline)은 유체내의 모든 점에서 순간 속도장과 접하는 연속선(유선을 횡단하는 흐름은 없다)분의 길이를 작게 줄여나가고(��), 미분의 정의에 의해 dx와요 로 각각 표시하면 다음과 같다.3차원 유동에서는로 나타낼 수 있다.■ 유동내의 어느 점에서든지 속도 값은 유일하기 때문에 유선은 교차하지 않는다. 즉,유동은 동시에 두 방향으로 가지 않는다.■ 정상유동(steady flow)에서 유선은 공간상에 고정된다.그림 벽 사이에서 원통주위의 유선그림 유선의 정의2) 유적선(pathline, path of a particle)■ 유적선(pathline, path of a particle)은 유체입자가 유동장을 지나면서 만드는 선이며유체입자의 유동경로를 나타낸다. 장시간 노출을 준 사진을 이용하여 형광 물방울이지나간 길을 파악할 수 있다.■ 밤에 고속도로를 지나는 차의 불빛을 장시간 노출을 주어 사진을 찍은 것을 보는 것과 유사한 것이다. 고속도로에서 자동차가 차선을 바꾸는 것처럼, 빛을 좇아서 만든유적선은 이미 다른 차량이 지나가면서 만든 유적선과 교차하는 것이 가능하다.■ 기본적으로 유적선을 따라 유체입자를 추적하기 때문에, 라그랑지의 개념이다. 2차원유동의 유적선에 대하여이다. u 와 v 의 시간과의 관계를 알고 경계조건이 충분히 주어지면 u 와 v 를 시간에대해 적분하여 이자의 x, y 좌표를 시간에 대한 함수로 나타낼 수 있다.3) 유맥선(streakline)■ 유맥선(streak line)은 어느 특정한 점을 지나는(통과한) 입자들의 궤적이다.예를 들어, 어느 고정된 지점에서 계속적으로 염료를 흘리면 염료는 하류로 흘러가면서 유맥선을 형성한다. 또한 자동차 유리에 떨어지는 빗방울은 표면 유맥선을 나타내는 길을 좇아가는 경향을 보인다.■ 고속도로에 비유하면, 유맥선은 같은 요금소를 통과한 차량들의 빛으로 이루어진 선이다. 노출시간 동안 모든 차량들이 같은 길을 좇아갔다면(정상유동) 결과는 하나의선이 될 것이고, 각각이 다른 길로 갔다면(비정상유동) 선들이 엇갈릴 수 있다.■ 정상유동에서는 유선, 유적선 및 유맥선이 일치한다.4) 시간선(time li streamline 을 눈으로 보거나 사진으로 찍어서 관찰하여 유동장의 정성적 정보를 파악하는 방법이 정성적 유동가시화이다. 정량적 유동가시화는 가시화된 유동 영상(flow image)을 컴퓨터나 video카메라를 이용하여 정량적으로, 즉 유체역학적 정보를 디지털화하여 수치적으로 변환 표시하는 방법을 나타낸다.편의상 유동가시화 기법을 고전적인 유동가시화(제 1 세대)기법과 컴퓨터를 원용한(computeraided) 유동가시화(제 2 세대) 기법으로 구분하기도 한다. 고전적인 유동가시화는 Leonardo da Vinci시대부터 시작된 모든 고전적 유동가시화 기법을 포함하는 1 세대 유동가시화 방법으로 wall tracing 기법, tracer 및 dye 주입법, tuft 법, 수소기포법, smoke 기법, 광학적(optical) 기법 등이 포함된다. 가시화를 위해 유동에 투입되는 물질(tracer)은 일반적으로 contrast 를 이용하는 것과 유체유동을 그대로 추적 하는 미세한 seeding 입자 등이 있다. 고전적인 제1 세대 유동가시화 기법 중에서 유동장 해석용으로 최근까지 사용되고 있는 방법으로는 전기제어법과 광학적유동가시화기법이있다.전기제어기법에는 수소기포(hydrogen bubble)발생법과 smoke-wire 방법이 있는데, 이들은 물의 전기분해로 나오는 수소기포나 mineral oil 을 태워서 나오는 smoke filament 를 tracer 로 사용하며, 이들의 발생을 전기적으로 제어하는 것이 가능하다. Shadowgraph 법, Schlieren 법, Mach-Zenhder interferometer, Holographic, interferometer 등과 같은 광학적 가시화 방법은 유동장의 밀도변화, 즉 매질의 굴절률 변화를 이용하여 유동장 전체를 가시화한다. 고전적인 유동가시화 기법은 단지 유동의 정성적인 가시화 정보만을 제공하며 정량적인 유동정보를 얻지 못한다는 단점이 있다. 반면, 컴퓨터를 이용한 2 세대 유동가시화 기법은 취득한 유많은 기여를 하고 있다.1) SHADOWGRAPH METHOD평행광선이 시험 단면을 통과하면 밀도의 변화와 만나게 되는 광선은 굴절을 하고, 나머지 광선은 직진하게 되는데 그 결과로 얻어지는 빛의 PATTERN은 빛의 광도가 스크린에 평행인 유동방향들에 연한 밀도의 2차미분계수에 의존하는 스크린 위에서 관찰된다. 밀도의 변화가 거의 없을 때 많이 적용되며 유동장에서의 특성을 정상적인 방법으로 해석하는데 많이 이용한다.2) SCHLIEREN METHOD기체의 밀도구배와 관계되는 함수들을 측정하며, 2차원적인 유동장의 측정에 주로 사용 되는 방법이다. 광원으로 부터의 빛이 첫 번째의 오목렌즈에 의해서 평행광선이 되어 시험 단면을 지나게 되며 다시 오목렌즈에 의해서 한 점에 모여서 최종적으로 스크린에 투사되는데 이때 빛이 모여지는 집점에서 빛의 일부가 칼끝(Knife edge)에 의해 가려지게 된다.만약 시험 단면에서 유동이 없을 때는 스크린에 균일하게 비추어지게 된다. 어떤 모형주위에 흐름이 새겨서 유체밀도의 변화를 주게 되면 빛은 여러 방향으로 굴절하게 되는데 이 때 굴절된 빛의 일부가 칼끝(Knife edge)로 차단되어지는 것보다 적은 빛만이 스크린에 닿게 되는데 Knife edge의 반대 방향으로 굴절되면 더 많은 빛이 스크린에 닿게 된다.Fig.1 Schlieren method 장치도Shadowgraph와 Schlieren method는 빛의 굴절을 이용하여 정성적으로 유동을 가시화하는 방법으로 knife edge의 유무에 의해 두 방법이 구분된다. Knife edge는 굴절된 빛의 일부를 줄이거나 잘라내어 영상을 선명하게 한다. Shadowgraph에서는 밀도의 이차 구배를 , Schlieren 법에서는 밀도의 일차 구배를 얻을 수 있다．3) MACH-ZEHNDER INTERFEROMETER Method유속을 측정하는 공학적인 방법중에서 가장 정확한 측정장치이다. 그 원리는 광원이 렌즈 L1에 의해서 평행광이 된 다음 빛의 방향에 대하여 45°로 놓여 질에 의해서 광학적 길이가 다르게 된다면 S2에서 두 광선이 만날 때 서로 간섭을 일으키게 된다. 이와 같이 두 광로의 광학적 길이의 차로 인해 밑의 그림과 같은 검고 흰 간섭 무늬(Fringe)를 불 수 있다.Light source:Mirror:Detector:Half-silvered mirror:MACH-ZEHNDER INTERFEROMETER Method 장치도4) tellurium methord짧은 전기적 PULSE을 적용시키면 용해된 tellurium 구름이 와이어에 인집한 얇은 막을 형성하게 되는데 음극선을 기준으로 하여 tellurium 구름의 끝은 유체의 속도를 나타낸다. 이 tellurium 구름은 pH값에 따라 영향을 받는데 KOH를 조금 첨가 하여 pH를 9에서 10으로 만들어 주면 tellurium 구름은 매우 안정된 상태를 보이게 된다.5) 수소 기포법(THE HYDROGEN-BUBBLE METHOD)저속인 물 유동들에 대하여 정상 유동과 비정상 유동에 있어서 도식적인 유동의 가시도를 줄 뿐 아니라 속도, 유선(STREAMLINE)과 경로(PATHLINE)와 기타에 관한 정밀한 데이터를 얻기 위한 수단을 제공하는 방법이다.작동 원리는 수로 중에 흐르고 있는 물을 전기분해하기 위하여 D.C 전자회로의 음극으로서 가는 와이어를 사용하고 때때로 작은 수소 기포가 발생될 수 있는 데 이것들은 와이어로부터 쓸어지고 유체입자들의 MARKER가 된다. 또 시험 단면을 조명함으로써 유동의 PATTERN을 추적하고 사진 찍는 것이 가능한 장치다.이는 tellurium methord를 실험하던중 우연히 발견 되었다고 하며 긴 음극을 사용하면 수소기포가 행과열을 맞추어 와이어를 따라 형성 되므로 더욱 효과적으로 유동 가시화를 할 수 있다.6) 연기를 이용한 방법(Visualization Techniques Using Smoke)염료에 비해 상당히 작은 입자(particles)로 응집된 field 인 smake 를 이용하여 기체에서의 흐름을 묘사하기 위한 방치

공학/기술| 2007.11.19| 10페이지| 1,000원| 조회(1,591)

유동, 실험, 유선, 유동가시화, 기포

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정수압측정 실험

유체공학실험 보고서실험 주제 : 정수압측정 실험실험 일시 : 2007년 11월 07일실험 조건 : 온도( 22 ℃), 습도( 35 %)실험 조원 :실험 결과 요약정지유체에 물체가 잠기면 물체 표면에는 압력이 작용한다. 수조속의 수위가 높아 질수록 무체에 작용 하는 압력(정수압)은 높아진다. 따라서, 수위가 높을 수록 더 높은 추를 올려 놓아서 힘의 평형을 이루었다.실험은 물체가 부분적으로 잠겨있는 경우와 완전히 잠겨 있는 두가지 경우의 실험을 하였다. 물에 완전히 잠겨있는 경우는 더 많은 무게의 추가 필요하였다. 실험결과 정수압력의 작용점은 항상 물체의 도심보다 아래에 위치하였고 실험값과 이론값에도 어느정도의 오차가 생겼다.물체가 물에 부분 잠겨있을때 무체가 물에 완전히 잠겼을때질량 [kg]1 / Y2m / Y2질량 [kg]Xca[m]실험Xct[m]이론0.10213.11721.3220.200.1770.1670.11192.90121.2360.210.1760.1660.12177.77821.3150.220.1760.1660.13164.36621.3860.230.1750.1640.14152.41621.3410.240.1740.163오차의 가장 큰 이유는 수조안의 물의 높이를 정확하게 읽지 못했다. 또 Balance arm의 평행도 정확하게 하지 못했던 것 같다. 또 이론값을 구하는데 있어서 정확한 값을 얻었는지 정확하게 알수가 없었다.유 체 공 학 실 험 보 고-제목 : 유체 압력의 작용과 힘1. 실험 목적물의 잠겨 있는 정도에 따라 물체에 작용되는 압력의 크기와 뱡향 작용점을 결정하고 이론값과 비교해 보고 실험의 결과를 이해한다. 또 댐, 수조, 선박등의 설계에서 유체에 의해 영향을 받는 현상을 해석하고 적용시킬수 있게 한다.2. 실험 관련 이론1) 완전히 잠긴 표면에 대하여미소면적 dA에 대한 힘과 moment는여기서, 이므로,평행축 정리에 의해2) 부분적으로 표면이 잠겼을 때에는 다음의 식이 성립한다.3) 모두 잠겼을 경우에는x방향으로의 폭을 b라 하면정역학적 힘의 평형을 이루기 위해서는따라서, 합력 F의 크기는가 된다.3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치그림 실험에 필요한 도구들그림 정수압 측정 장치정수압 측정 장치의 개략도추 연결고리무 게 추그림 3 무게추3.2 실험 방법1) 물속에 부분적으로 잠겨있는 경우그림 4그림 5A. 실험장치의 a, L, 깊이 d, 폭 b를 자를 이용하여 측정한다. (그림4,5 참고)B. 배수호스를 drain cork에 연결하고 tank에 물을 공급하기 위하여 호스를 연결 한다.drain cork평행조절나사C. 알콜수준기와 평행조절나사를 이용하여 tank의 수평을 맞춘다.E. Drain cork를 닫고, quadrant의 밑면까지 물을 공급한다.F. Balance pan에 중량을 올리고 balance arm이 수평이 될때까지 천천히 물을 공급한다.G. Quadrant end face의 끝까지 물을 채우면서 balance pan의 중량과 물의 수위 를 기록한다.2) 물속에 완전히 잠겨 있는 경우A에서 F까지의 실험을 quadrant 끝까지 채우면서 반복하고, 그 값을 기록한다.(단. r값과 q값을 측정하여 기록한다. 그림 5참조)4. 실험 결과 및 토의1) 물속에 부분적으로 잠겨 있는 경우표 1 정수압실험 측정결과질량 [kg]Y [m]Y21 / Y2m / Y20.100.06850.00469213.11721.3220.110.0720.00518192.90121.2360.120.0750.00563177.77821.3150.130.0780.00608164.36621.3860.140.0810.00656152.41621.341그래프 1 Y값에 대한 1/Y2의 그래프그래프 2 Y값에 대한 m / Y2 의 그래프2) 물속에 완전히 잠겨있는 경우질량 [kg]r[m]q[m]Xca[m]실험Xct[m]이론0.200.1230.0950.1770.1670.210.1250.0930.1760.1660.220.1260.0920.1760.1660.230.1290.0890.1750.1640.240.1320.0860.1740.163실험식 :이론식 :그래프 3 질량에 따른 실험값과 이론값의 압력작용점가) 왜 압력의 작용점은 도심보다 항상 아래쪽에 있는가를 검토하라.에서는 면적의 2차모멘트이다.결과적으로이다.따라서이다.위 식은 압력중심은 면적의 도심보다 아래 있다는 것을 말해준다.나) 이론적으로 계산한 결과와 실험결과가 차이가 나는 것을 설명하라.이론식을 세움에 있어서 오차가 있었다. 또 실험식 자체가 물에 완전히 잠겨있을때의 식이 아님으로 차이가 생겼다. 실험과 이론 사이에 실험도구의 모형의 도심을 구하는데 오차가 있었던 것 같다. 압력 작용점의 오차가 생긴것 같다.

공학/기술| 2007.11.19| 7페이지| 1,000원| 조회(589)

실험, 압력, 유체, 수압, 물체

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레이놀즈수 측정실험

유체공학실험 보고서실험 주제 : 레이놀즈수 측정 실험실험 일시 : 2007년 10월 10일실험 조건 : 온도( 23 ℃), 습도( 54 %)실험 조원 :실험 결과 요약이번 실험은 레이놀드수 측정 실험이였습니다. 층류에서 난류가되는 순간의 흐름으로. 상임계 레이놀드 수를 구하고 난류에서 층류가 되는 순간의 흐름으로 하임계 레이놀드 수를 구했습니다. 일반적으로 층류일때 레이놀드수가 2100이하이고 난류일때에는 4000이상이고 그 사이는 천이 역영으로 난류와 층류가 공존 하는 곳이라 할때, 이번 실험 결과는 하임계 레이놀드수가 1526.28이 나왔고 상임계 레이놀드수는 2075.38이나왔습니다. 하임계 레이놀드수같은 경우 이론값으로 치면 500정도의 오차가 났지만. 상임계 레이놀드수는 2000정도의 오차가났습니다. 레이놀드수 측정 실험 자체가 물의 흔들림 및 유체의 입자의 운동에 따라 다른 결과가 나온다고는 하지만 오차가 너무 컷습니다. 가장 큰 오차의 원인은 난류와 층류 천이 영역을 구분 함에 있어서의 지식이 많이 부족 했던것 같고, 잉크가. 관로를 따라 흘러갈 때. 잉크의 가는 실선이 끝까지 뚜렷하게 표현 되지 않아서 난류, 층류, 및 천이 지역을 확실히 구분 하지 못 한것 같습니다. 실험장치의 잉크 분사 장치도 처음 조절한 잉크의 양과는 틀리게 점점 분사량이 줄어 정확한 실험을 할수 없었고, 욕조의 수면이 계속 흔들리는 것으로 보아 바닥으로부터 진동이 조금 있었던 거 같습니다. 또 동점성계수를 대입할 때 물의온도는 21도였지만 물이 21도일때의 정확한 동점성계수를 알 수 없어 20도에 대한 동점성 계수를 대입했습니다. 이러한 점이 실험의 오차를 더욱 크게 하지 않았나 생각 됩니다.▲ 상임계 레이놀드수(평균)▲ 하임계 레이놀드수(평균)유 체 공 학 실 험 보 고-제목 : 상임계 레이놀즈수와 하임계 레이놀즈수 측정1. 실험 목적Reynolds 실험장치를 이용하여 관을 통과하는 유체 흐름의 모양을 시각적으로 관찰하여 층류인지 난류 인지 전이 영역인지 파악한다. 또, 각 영역에서 평균 유속의 측정으로부터 Reynolds수를 계산하고 Reynolds수와 흐름 형태의 상관관계를 알아본다.2. 실험 관련 이론레이놀드는 유동을 직접 관찰하여 유동에는 두 가지 형태가 있다는 사실을 확립하였다.한가지는 상대적으로 느린 속도에서 일어나는 것으로 유체 입자가 어디서나 벽면에 평행한 선을 따라서 매끄럽게 흐르는 경우이며 이때에는 저항의 일차승 법칙이 적용될 수 이다.두 번째 형태는 비교적 빠른 속도에서 일어나는 것으로 입자들이 평균속도 부근에서 꾸불꾸불한 운동을 하다가 결국 임의의 요동운동을 하게 되는 경우이다. 이런 두 형태의 운동은 현재 각각 층류와 난류로 불린다.레이놀드는 이 두 형태의 유동의 존재가 속도에만 의존하는 것이 아니고라는 매개변수에 의존한다는 사실을 밝혔다. 여기서는 관내의 평균속도이고는 직경,는 이른바 동점성계수라 불리는 것이다.는 Renolds number라 불리며 이것은 유체역학에서 매우 기본적인 매개변수 중 하나이다.관로에서의 유체 유동은 층류와 난류로 구분된다.그 첫 번째로, 층류유동(laminar flow)은 유체입자의 한 층이 인접한 층 위를 매끄럽고 규칙성 있게 흐르는 유동을 말한다. 수도꼭지를 천천히 조금만 열었을 때 유체의 층과 층을 미끄러지면서 규칙적으로 흐르는 층류유동을 관찰할 수 있다.그리고, 수도꼭지를 좀더 열어 유체의 속도가 증가하면 매끄럽고 규칙적인 층류유동이 끝나고 불규칙하고 산만한 유동이 나타나는데 이와 같은 유동을 난류유동(turbulent flow)이라고 한다.층류와 난류는 유동특성이 다르다. 특히 에너지 손실과 관련하여서는 현저히 다른 방법으로 해석된다. 따라서 유체유동을 다루는데 있어서 그 유동이 층류인지 난류인지를 먼저 예측할 필요가 있고, 이 실험에서는 관내의 유체의 흐름상태와 Renolds number와의 관계 및 층류, 난류의 개념을 이해하고 Renolds number를 산출하는데 목적이 있다.무차원 항모든 물리적 법칙을 나타내는 방정식은 각 항의 차원이 같아야 한다. 이 방정식의 각 항을 이들 항 중 어느 하나의 창으로 나누면 무차원 방정식이 얻어진다.예를들어,에서 모든 힘의 합력과 관성력은 같아야 한다. 따라서 각 항을 다른 힘, 예를들어 점성력 항으로 나누면 다른 차의 무차원 수를 얻게 될 것이다.임계속도와 Reynolds Number와의 관계여기서, D = 튜브 (또는 관)의 지름V = 액체의 평균 유속μ = 액체의 점도ρ = 액체의 밀도위 식으로 정의되는 변수의 무차원군을 Renolds number라한다.이것은 이름이 있는 무차원군 중의 하나이다. 이 값은 단위가 일관성이 있으며 사용하는 단위계의 종류에 무관하다. 더욱 관찰한 바에 따르면 층류가 난류로 변하는 Renolds number는 범위가 넓다.Renolds number가 2100 이하일때에는 언제나 층류가 되지만 튜브의 입구를 잘 다듬고 탱크안의 물이 아주 조용할때에는 Renolds수가 몇천이 되어도 그대로 층류가 유지된다.일반적인 흐름 조건에서는 Renolds수가 4000이상이면 난류가 된다. 2100과 4000사이는 천이영역(transition region)으로 입구의 상태와 입구로 부터의 거리에 따라서 층류가 되기도 하고 난류가 되기도 하였다.Schiller의 실험에 의하면 임계Reynolds 수 , 즉 Rec=2320이다.따라서 Rec가 2320이하에서는 관 속의 흐름은 항상 층류가 된다.※ R 〈 2100 이면 층류 유동2100 〈 R 〈 4000 이면 천이영역R 〉4000 이면 난류 유동층류와 난류관로에서의 유체 유동은 층류와 난류로 구분된다. 층류유동은 유체입자의 한 층이 인접한 층 위를 매끄럽고 규칙성 있게 흐르는 유동을 말하고 난류와 대비된다.가는 파이프에 물을 흘릴경우 가령 잉크를 넣어 흐름의 상태를 관측하면 유속에 따라 레이놀즈수가 작을 때에는 색줄이 직선으로 되고, 물의 각부분이 파이프 벽에 평형으로 움직이며 서로 섞이지 않는 것을 알수 있다. 이러한 흐름이 층류이다.속도가 작을때 유체는 측면혼합(lateral mixing)이 없게 흐르게 되며 인접한 층이 다른 층을 지나서 흐른다. 여기에는 종단흐름(Cross curent)이나 소용돌이가 없다.속도가 커지면 난류가 생기고 소용돌이가 발생하여 혼합이 일어나게 된다. 유체는 관이나 도관에서 두가지 다른 모양으로 흐른다는 것이 오래 전부터 알려져있다. 유량이 적을때에는 유체중의 압력강하는 유속에 비례하여 증가하지만 유량이 크면 보다 빨리 , 즉 대개 유속의 제곱에 비례하여 증가한다.이 두 흐름의 구별은 Osborne Reynolds가 처음으로 실험에 의하여 증명하였다. 그는 물이 들어있고 벽이 유리로 된 탱크안에 수평유리 tube를 설치하고 tube안에서의 유량을 vavle로 조절하였다. tube 입구를 나팔처럼 벌리고, 위에있는 flask로 부터 tube입구 흐름중에 미세한 물감줄기를 도입하였다. Reynolds는 유량이 적을때에는 물감줄기가 흐름에 따라 고스란히 흐르며 교차혼합이 일어나지 않음을 알았다. 이 색깔띠의 거동으로 부터 물이 평형한 직선으로 흐름을 분명히 알 수 있었는데 이 흐름이 곧 층류(laminar)이다.유량을 증가 시키면 임계속도(Critical Velocity)에 이르게 되는데 이때부터 물감줄기가 파형이 되고 점점 없어져서 마침내 물이 흐르는 단면 전체에 퍼진다. 이러한 물감의 이동으로부터 물이 이상 층류로 흐르지 않고 교차혼합 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다는 것을 알 수 있다. 이러한 운동형태가 난류(turbulence)이 다.※ 층류, 천이영역, 난류의 비교구 분유체의 흐름형태Renolds number층 류규칙적인 흐름R 〈 2100천이영역층류와 난류 사이에서진동하는 흐름2100 〈 R 〈 4000난 류불규칙적인 흐름R 〉4000유체의 속도관 속으로 유체가 흐를 경우 흐르는 방향에 직각인 임의 단면을 단위시간에 흐르는 유체의 양을 유량이라 하고 이를 단면적으로 나눈 값이 유체의 평균속도()이다. 즉,여기서, Q = 유량 [m/sec]A = 관의 단면적= 평균 유속 [m/s]D = 관의 내부 직경 [m]보통 관내를 유체가 흐를 경우에는 유속이 일정하지 않으며 관벽 부근에서는 벽면 저항에 의하여 유속이 느리고 관의 중심 부근에서는 최대속도를 나타낸다. 층류와 난류에서 중심 부분에서의 최대속도[m/s]와 평균속도[m/s]사이에는 대체로 다음과 같은 관계가 있다.층류 :난류 :층류와 Reynolds Number와의 관계Reynolds Number가 작고 점도가 큰 경우와 같이 Reynolds Number(Re)가 어느 한계치 Rec이하인 경우에는 흐름의 시간적인 변동은 시간과 함께 크게 발달하는 일이 없고 안정하게 유지된다. 이와 같은 경우에 흐름은 층상이 되고 운동량과 열의 교환은 인접한 유체분자간에서 이루워 진다. 이것을 층류라 한다.대체로 Reynolds Number=가 2100이하인 경우에 층류를 유지하게 된다.상임계 레이놀수와 하임계 레이놀수층류에서 난류로 파괴되는 순간의 속도를 임계속도 이때의 레이놀드수의 값을 상임계레이 놀드수라고 한다. 이와 반대로 난류에서 층류로 변화하는 순간의 속도를 하임계속도 이때 의 레이놀드수를 하임계레이놀드수라고 한다.일반적으로 임계레이놀드수라고 하면 하임계레이놀드수를 지칭하고 관유동의 경우에는 보 통 2,300으로 취한다.하임계 레이놀드수의 값은 약 2,000이며 Schiller의 실험에서는 2,300이었다고 하며 하임계 레이놀드 값은 약 2,000에서 10,000 또는 그 이상이 된다고도 한다. 이와 같이 레이놀드 값이 일정치 않은 것은 관으로 흐를 때 수조의 물이 흔들려 있다던가 유체입자의 운동에 따라 달라지기 때문이다.3. 실험장치 및 방법그림 잉크 주입구그림1. 레이놀드수 측정장치3.1 실험 장치그림3. 물 주입 배출관그림 레이놀드수 측정장치 계략도그 외 유동을 가시화 하기위한 잉크와 온도계, 스톱 워치 필요.3.2 실험 방법그림 4참조.1) 물탱크 A에 물을 채운다.2) H는 잠그고 F를 열어 저수탱크B에 적당한 높이로 물을 채운다.

공학/기술| 2007.11.19| 8페이지| 1,000원| 조회(1,025)

레이놀즈, Reynolds, 층류 난류 상임계 하?

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유체관로의 부손실 실험

유체공학실험 보고서실험 주제 : 유체관로의 부손실 실험실험 일시 : 2007년 10월 31일실험 조건 : 온도( ℃), 습도( %)실험 조원 :실험 결과 요약이번 실험은 유체 관로의 부손실 실험이였다. Enlargement, Contraction, Mitre, Elbow, short bend, long bend관 각각의 수두 차이와 유량, 유속, 등을 구해 실험적으로 알수있는 손실계수 K값을 계산하여 세 번의 실험으로 비교해 보았다.각실험별 손실계수(K)의 비교EnlargementContractionMitreElbowShort BendLongBend제1회1.5691.3752.3891.7371.0860.507제2회1.3651.3732.2071.3731.0300.392제3회1.6681.4722.3051.7171.0300.392위 표에서 처럼 손실계수의 오차가 그리 크지 않아서 비교적 잘된 실험이라고 생각 됬다.하지만 계산과정에 있어서 확대관을 제외한 나머지 관의 관 직경을 알지 못하여 일반관 직경을 넣어 계산하였다. 세실험 모두 같은 값을 집어 넣었기 때문에 손실계수의 비교에 영향을 미치지는 않았지만 관의 직경을 정확하게 알지 못한점이 아쉬웠다.이번 실험에서 주의 할점은 실험 하기전에 관에서 공기를 확실히 빼내야 한다는 점이였다.눈에 보이지 않는 파이프 관 속에도 공기 기포가 있을수 있기 때문에였다. 우리 조도 이번실험에서 공기가 다빠진줄 알고 실험을 하였다가 실험을 다시하는 시행착오를 격었다. 충분한 시간동안 벨브를 열고 물을 흘려 보내 공기를 확실히 빼 보내는게 중요한것 같다.유 체 공 학 실 험 보 고-제목 : 유체관로에서 흐름을 방해하는 힘!1. 실험 목적관 속에 유체가 흐를 때 앞의 관마찰 손실 이외에 단면 변화, 곡관부, 벤드, 엘보, 연결부, 밸브, 기타 배관 부품에서 생기는 손실을 통틀어서 부차적 손실(minor loss)이라 한다. 이런 부손실을 실험을 통하여 알아보고 이해한다.2. 실험 관련 이론부차적 손실파이프장치에는 여러종류의 관 부속품, 곡관. 또는 단면적이 급격히 변하는 부품을 연결 해야 한다. 이러한 추가적인 부품들로 인하여 파이프장치의 수두손실은 증가된다. 또한 과속의 유동에서 유동의 박리가 발생되면 박리구역에서의 격렬한 혼합으로 인해 에너지는 소산되고 이로 인하여 수두손실이 발생한다. 파이프장치가 일정한 단면적을 갖는 대단히 긴 파이프와 몇 개의 관 부속품으로 구성되어 있다면 파이프의 마찰로 인한 수두 손실에 비하여 이 추가되는 부속품들로 한 수두손실은 적은 양이 된다. 따라서 파이프장치에서 부속품들로 인하여 발생되는 손실을 부차적 손실이라한다. 부차적 수두 손실은 다음과 같이 표현횐다.여기서 손실계수 K는 각 경우에 대해 실험적으로 결정되어야 한다. 부차적 수두손실은 다음과 같이 표현할수도 있다.여기서 Le 는 직선관에 해당하는 추가되는 부속품의 상당길이 이다. 파이프 벤드나ㅜ관 부속품을 통과하는 유동에 대한 손실계수 K는 직관을 따라 흐르는 유동의 마찰계수 f를 구하는 벙법과 같은 방법으로 파이프 직경의 변화에 따라 구한다. 결과적으로, 상당길이 Le/D 는 주어진 형태의 관 부속품에서 크기가 다르더라도 일정한 값을 가지는 경향이 있다.부차적 손실에 대한 실험자료는 대단히 많지만 자료의 출처에 따라서 그 값들이 큰 차이를 나타내고 있다. 동일한 유동 형상일지라도 자료의 출처가 다르면 다른 값을 제시하는 경우가 많다.(1) 입구와 출구큰 저수조에 연결되는 파이프의 입구 형태는 수두손실에 크게 영향을 미친다. 입구 부분이 날카로운 모서리로 되어 있을 때는 모서리에서 유동의 박리 현상이 일어나고 파이프입구의 길이 방향으로 축류 부가 형성된다. 유체는 축류부의 감소된 유동면적을 지나면서 국소걱으로 가속되었다가 유동통로가 확대되면 다시 파이프 속을 꽉 채우면서 흐르게 되고 흐름이 감속될때 급격한 혼합으로 인해 기계적 에너지의 손실이 생긴다.출구에서의 부차적 손실계수를 작게 하기 위해 특별한 방법을 사요하는 경우는 별로 없지만, 디퓨저를 붙이면 V2/2의 값을 상당히 감소 시킬수있다.(2) 확대와 수축원형 덕트의 급격확대와 급겨격 축소는 부차적 손실을 생긱게 한다. 면적 변화로 인한 손실은 연결되는 직선 관의 두 단면 사이에 디퓨저 나 노즐을 설치함으로써 어느정도 감소시킬수 있다.디퓨저의 손실은 여러 가지 기하학적 형상과 유동변수에 따라 결정된다 디퓨저에 관한 자료는 입구의 동압에 대한 정압 증가의 비로 정의 되는 압력회복계수 Cp 의 항으로 제시되는것이 보통이다.입구에서 레이놀드 수가 7.5*104 보다 더 클 경우에는 디퓨저의 dkqfurghlqhrrO수는 레이놀드수와 무관하다 입구에서 균일 유동인 디퓨저의 압력회복은 입구에서 완전히 발달된 유동의 경우보다 다소 양호하다.디퓨저에서는 유동방향으로 정압이 증가하므로 유동은 벽면으로부터 분리될수도있다. 어떤 모양의 디퓨저에서는 출구유동이 뒤틀리기도 하고 때로는 맥동상태가 되기도 한다. 디퓨저의 확대각이 아주 클때는 디퓨저 내에 깃(vane) 또는 스플리터(splitter)를 설치하여 실속을 억제하고 압력회복을 개선 시킬수 있다.(3) 파이프 벤드벤드의 수두손실은 동일한 길이의 직관을 통과하는 완전히 발달된 유동의 수두손실보다 더 크다. 추가 되는 손실은 주로 2차유동 의 결과 이며, 부가적인 수두손실을 직관에 해당하는 상당길이로 나타내는 것이 가장 편리한 방법이다. 마이터 벤드(miter bend)는 설치가 간단하고 저렴하기 때문에 현장에서 많이 사용한다.(4) 밸브와 관 부속품밸브와 관 부속품을 통과하는 유동에서의 수두손실 역시 직관에 해당하는 상당길이로 나타낼수 있다. 파이프장치의 관 부속품에는 나사로 된 부품, 플랜지로 된 부품 또는 용접으로 된 부품등이 있다. 직경이 작은 파이프의 경우는 나사로 된 이음 부품이 많이 사용되고, 큰 파이프장치에서는 주로 픈랜지나 용접으로 된 부품이 많이 이용된다.파이프장치에 관 부속품과 밸브를 설치할 때 발생되는 수두손실은 파이프장치를 설치할 때 얼마나 주의 깊게 작업 햇는가에 따라 변화의 폭이 아주크다. 예를 들어 파이프단면을 절단할 때 생기는 금속의 뒤말림이 붙어 이TSms 상태로 조립 한다면 거친 뒤말린 조각들은 부분적으로 듀동을 방해하고 손실을 크게 증가시킬 것이다. 따라서 파이프장치를 설계할 때는 모든 부차적 손실들이 다 포함 되었으며 각각의 손실크기가 적절하게 추정 되었는가를 확인해야 한다.3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치유체관로 실험 장치의 계략도실험장치의 조절 벨브유체관로 실험장치 전체 모습3.2 실험 방법유량측정gage전원스위치유량조절벨브1) 수조에 물을 채운후 전원장치를 연결한다.관내나. 마노미터에 공기 기포가 완전히 없어지도록한다.2) 관로를 완전히 개방하여 관로 내 공기가 제거 되게한다.공기흡입나사3) 밸브를 이용하여 유량과 관로 내 압력을 적절히 조정한 후 공기 흡입 나사를 이용하여 마노메터에 공기를 유입 시킨다.4) 유량을 일정하게 유지한후 손실에 의한 수두차를 액주계에서 읽는다 .마개조절유량게이지5) 수조의 마개를 막은 후 유량 측정 게이지와 스톱 워치를 이용하여 유량을 구한다.6) 유량을 변경해가면서 여러번 실험 하여 결과 값을 측정한다.4. 실험 결과 및 토의첫 번째 실험 결과값EnlargementContractionMitreElbowShort BendLongBendManometerH1[m]0.3320.3380.2380.2960.3190.339ManometerH2[m]0.3390.3190.2050.2720.3040.332Head Loss H1-H2[m]0.0070.0190.0330.0240.0150.007Time [s]63.78Volume V [l]10관직경[m]0.02600.01960.01960.01960.01960.0196관의단면적[m2]0.0005310.0003020.0003020.0003020.0003020.000302Flow RateQ [m3/s]0.000157VelocityV[m/s]0.2958580.5206160.5206160.5206160.5206160.520616v2/2g0.0044610.0138150.0138150.0138150.0138150.013815K1.5691.3752.3891.7371.0860.507관의 직경 = 0.0196m (확장관의 직경 0.0260m)관의단면적m2m2유 량유 속손실계수두 번째 실험 결과값EnlargementContractionMitreElbowShort BendLongBendManometerH1[m]0.3570.3660.2280.3030.3380.366ManometerH2[m]0.3660.3380.1830.2750.3170.358Head Loss H1-H2[m]0.0090.0280.0450.0280.0210.008Time [s]52.41

공학/기술| 2007.11.19| 8페이지| 1,000원| 조회(603)

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