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[유체실험]제트충돌실험 평가A좋아요

1. 실험 목적형상이 다른 물체에 제트에 의해 작용하는 힘을 구하고 이론값과 비교한다.2. 관련 이론운동량방정식으로부터F_{y}=rhoQ(V-Vcos theta ) ~~,~~V={Q over A}For Flat target ( 90 ) :F_{y}~=~rhoQ(V-0)~=~{rhoQ^{2}}over{A}For 120 target :F_{y}~=~rhoQ[V-(-{1 over 2})V]~=~{3rhoQ^{2}}over{2A}For hemispherical target :F_{y}~=~rhoQ~[V-(-V)]~=~{2rhoQ^{2}}over{A}3. 실험방법 및 장치Hydraulics Bench 및 제트충돌 실험장치, Stop Watch, Vernier Caliper4. 실험방법① 상판과 투명한 케이싱을 제거하고, 노즐의 직경을 측정하고 target를 pan에 붙어있는 rod위에 부착한다.② Inlet pipe를 hydraulic bench에 연결한다.③ 알콜수준기(spirit level)를 이용하여 상판을 수평으로 맞춘다.④ Weight pan의 선을 level gauge에 맞춘다.⑤ 추를 이용하여 weight pan위에 중량을 달고, 벤치의 control valve를 작동시켜서 물이 유동되게 만든다.⑥ Level gauge에 일치될 때까지의 유량을 조절한다. 이때 유량은 수준계를 이용하여 일정한 체적이 증가하는 시간을 계산하여 유량을 측정한다. Level gauge가 weight pan의 중심 위치와 일치되면 일정한 유량이 흐를 때의 시간을 측정하여 실험결과표에 기록 한다.⑦ 중량을 증가시키면서 ①∼⑥을 반복 조작한다. 하나의 target plate에 대한 실험이 끝나면 다른 target plate을 부착하여 ②∼⑥의 순서를 반복하면서 실험하여 결과를 얻는다결과 및 검토각 target에 대하여 Q2에 대한 pan에 작용하는 질량 M을 Exel을 이용하여 그래프로 그려라.위 형상에 대한 각각의 표를 만들고 그래프를 그린다.PAN의 질량(g)체적( )체적(m )시간(t)유량(m^3 / s `)Q^2 `참고문헌Hugh W. Salzberg, Jack I. Morrow, Stephen R. cohen공저, 물리화학실험, p238∼243 형설출판사☆실험 결과 및 검토☆결과 계산 과정운동량방정식으로부터F_{y}=rhoQ(V-Vcos theta ) ~~,~~V={Q over A}For Flat target ( 90 ) :F_{y}~=~rhoQ(V-0)~=~{rhoQ^{2}}over{A}For 120 target :F_{y}~=~rhoQ[V-(-{1 over 2})V]~=~{3rhoQ^{2}}over{2A}For hemispherical target :F_{y}~=~rhoQ~[V-(-V)]~=~{2rhoQ^{2}}over{A}유량 Q = 물의 양 / 걸린 시간 ={ 0.005m^{ 3 } } over { 43.07`s }= 0.12 10-3 m3/sex) 90 인 경우 작용하는 힘 F ={ rho Q^{ 2 } } over { A }={ 1000kg/m^{ 3 } CDOT 0.00012^{ 2 } (m^{ 3 } /s)^{ 2 } } over { 5.024`` TIMES 10^{ -5 } m^{ 2 } }= 0.268N작용하는 힘(이론값) F = mg = 0.5kg 9.8 m/s2 = 0.49N결과 시트노즐직경8mm0.008m물의 양5L0.005m^3노즐단면적0.00005024m^2물의밀도1000kg/m^3PAN의 질량(g)체적( )체적(m )시간(t)체적( )체적(m )시간(t)체적( )체적(m )시간(t)5050.00543.0750.00545.2450.00565.7710050.00526.9150.00531.7150.00536.5315050.00521.2750.00529.4450.00528.4120050.00516.8150.00523.250.00524.1325050.00515.4750.00523.0250.00522.5430050.00514.4650.00520.7350.00520.4535050.00512.6650.00519.5250.00518.3840050.00512.5250.00515.3750.00517.47PAN의 질량(g)유량(㎥/s)작용하는힘(N)작용하는 힘(이론치)유량(㎥/s)작용하는힘(N)작용하는 힘(이론치)유량(㎥/s)작용하는힘(N)작용하는 힘(이론치)500.000120.2680.490.000110.3650.490.000080.2300.491000.000190.6870.980.000160.7420.980.000140.7460.981500.000241.1001.470.000170.8611.470.000181.2331.472000.000301.7611.960.000221.3871.960.000211.7091.962500.000322.0792.450.000221.4092.450.000221.9592.453000.000352.3802.940.000241.7372.940.000242.3802.943500.000393.1053.430.000261.9593.430.000272.9463.434000.000403.1753.920.000333.1603.920.000293.2613.92결과 그래프그래프 A그래프B-1그래프 B-2그래프 B-3결과 분석이번 실험의 결과 분석을 위해서 2종류의 그래프를 그려봤다. 형상이 다른 3가지 경우를 유량과 힘의 관계에 대해 서로 비교하는 그래프와 각각의 경우에 실험데이타에 의해 구해진 작용하는 힘과 이론치와 비교한 그래프이다.그래프 A를 살펴보면 유량에 비해 작용하는 힘의 크기가 180 , 120 , 90 순으로 감소하는 것으로 나타난다. 또, 작용하는 힘의 크기가 일정(ex : 2N)한 경우에 살펴보면 90 의 경우에 가장 많은 유량이 필요했다. . 러므로 세 가지 형상중에서 가장 힘을 많이 받을 수 있는 형상은 90 의 각을 갖는 형상이고, 이것은 이론적인 것과 일치함을 알 수 있었다.그래프 B-1, B-2, b-3에서 유량에 대한 작용하는힘의 실험값과 이론치를 비교해보면 120 의 경우 모양이 비슷하지 않지만 3 경우 모두 실험값이 이론치에 비해 그래프상에서 밑에 위치하였다.오차 분석실험시 생각보다 많은 시간을 소유하게 된 것은 평형을 유지하는 작없이었다. 평형인지 아닌지에 따라 각도에도 영향이 있으므로 중요한 작업인 것 같은데, 실험중 약간의 변동이 있던 것도 오차의 원인인 것 같다. 하지만 그래프 A에서 3형상의 경우 그래프의 모양이 거의 비슷한 것을 봐서는 다른 실험에 비해 많은 오차가 나지 않은 것 같다. 위 결과 분석에서 실험값이 이론값에 비해 그래프상에서 밑에 위치하였다. 이 사실은 작용하는 힘의 크기가 일정한 경우 실험시 이론에 비해 더 많은 유량이 필요하다는 것이다. 이것은 아마도 유체관로의 손실실험에서 경험한것과 같이 실험시 유체가 이동하는 관의 형태나 마찰 등에 의해서 에너지 손실이 있었던 것으로 추측된다.

공학/기술| 2003.02.27| 8페이지| 1,000원| 조회(784)

유체실험, 제트충돌, Target

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[유체실험]압력계 보정 실험 평가B괜찮아요

1. 실험 목적정지된 상태 또는 운동 중인 유체에 작용하는 압력의 측정에 있어 액주 압력계(Manometer)를 사용할 수 있으나 실제 사용 액의 비중, 액주의 길이 한계가 있어 보통 브로돈(Bourdon)관 압력계가 사용되나 이의 교정을 위한 정하중 압력계(Dead weight tester)를 이용하여 압력의 측정 원리 및 압력계의 보정 방법에 대하여 이해하도록 한다.2. 관련 이론압력은 단위 면적에 작용하는 힘으로 정의되며 단위는 응력과 같은 차원을 갖는다.P = { F} over {A }공학적으로 사용되는 압력은 절대압력(Absolute Pressure)과 계기압력(Gauge Pressure)으로표시되며 다음 식과 같다.절대압력 = 계기압력 + 대기압압력의 단위는 bar, mmH2O, mmHg, torr, kg/cm2, lbf/in2(=psi), Pascal(=N/m2)등이 사용된다.◎압력계의 종류1) 대기 압력계(Barometer)1643년 토리첼리는 한쪽 끝이 막힌 유리관에 수은능 가득 채워 거꾸로 세움으로써대기압 P0는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.P_A = P_B = P_0P_A = P_v + rho _HG gh = rho _HG gh2) 부르돈관(Bourdon tube)압력의 측정에 가장 널리 사용되며 타원 금속 단면의 금속관이 압력의 변화에 따라 만곡부분의 변화를 나타낸 장치이다. 이 계기는 사용에 편리하나 온도변화, 탄성응력의 변화에 의해 정도가 떨어지므로 보정이 필요하다.3) 액주계(Manometer)유체의 압력을 정지하고 있는 액주의 무게와 평형시켜 압력을 측정하는 장치로서 기본형으로 U자의 형태로 되어 있으며 보다 정밀하게 압력을 측정하기 위하여 변형된 형식이 사용된다. 마노미터의 액체는 밀도가 적당하고, 열팽창계수, 수분흡수성, 표면장력, 부식성, 응집력과 부착력, 점성 및 휘발성이 가능한 작은 것으로 선택하여야 한다.종류에는 피에조미터(Piezometer), U자관 마노미터, 경사 마노미터(Inclined manometer)등이있다.4) 정하중 압력계(Dead weight tester)이 압력계는 압력측정 보다는 압력 검정용으로서 압력계의 교정을 위하여 많이 사용되며,다음의 그림과 같다.3. 실험방법 및 장치실험에 사용할 Dead-weight tester기의 구조는 다음과 같다.◎Dead-weight tester기의 구조◎Dead-weight Tester기의 개략도☆실험방법가. Dead-weight tester기를 이용할 경우1) Dead-weights tester기의 부속품들을 확인한 후 바닥에 수평하게설치한다.2) 깨끗한 오일을 충분히 오일탱크에 공급한다.3) Tester기의 main body에 ram cylinder를 고정시킨다.4) 보정하고자 하는 압력계를 고정한다.5) Ram valve와 relief valve를 열고 핸들을 좌우로 회전시켜 관내에남아있는 공기를 제거한다.6) 기포가 제거되면 relief valve를 잠그고, 핸들을 시계방향으로 돌려관내에 압력을 가한다. 이때 ram plate가 ram cylinder로부터10-15mm 상승되도록 한다.7) 상승되었으면 dead-weight를 약간 시계방향으로 돌린다.8) 압력계의 눈금을 읽는다.9) 압력을 상승시키면서 측정하고, 다시 감소시키면서 측정한다.10) 압력을 제거하고자 할 때는 핸들을 시계반대방향으로 눈금이 0이 될때까지 회전시킨다. 그 다음 압력이 정확하게 0이 되게 relief valve을 열어준다.11) 압력이 작용하고 있을 때에 relief valve를 열어서는 안된다.나. 표준압력게이지 사용1) Ram cylinder가 고정되어 있는 곳에 압력게이지를 설치한다.2) Pressurizing cylinder에 충분한 oil을 공급하기 위하여,pressurizinghandle을 시계 반대방향으로 돌린다. 이떼 relief valve는 잠근다.3) 나머지는 실험 A의 방법과 같다.☆압력계 보정 실험 결과표☆◎결과 및 검토가압 왕복★ 관련 이론실린더(pressurizing cylinder reciprocates)의 피스톤을 핸들을 이용하여 시계방향, 그리고 반시계방향으로 돌리면 핸들을 돌리는 방향에 따라 압력은 증가 또는 감소된다. 핸들을 시계방향으로 돌리면 ram이 상승하면서, ram plate 위에 올려진 dead-weights만큼 tester에 부하된 압력이 된다.이때 정확한 압력은 dead-weights의 무게 W와 ram의 단면적 A에 의한 Pascal 원리로 계산되어진다.☆압력계 보정 실험 결과 데이터♧압력계 1Dead weight압력계1ΔP1상승하강평균상승하강평균0.51110.50.50.511.41.41.40.40.40.41.51.81.71.750.30.20.2522.22.32.250.20.30.2533330003.53.43.43.4-0.1-0.1-0.143.93.83.85-0.1-0.2-0.154.54.24.64.4-0.30.1-0.154.94.64.75-0.1-0.4-0.255.555.65.3-0.50.1-0.265.45.45.4-0.6-0.6-0.676.26.26.2-0.8-0.8-0.8877.77.35-1-0.3-0.6597.87.97.85-1.2-1.1-1.15108.98.98.9-1.1-1.1-1.1119.710.810.25-1.3-0.2-0.751210.410.910.65-1.6-1.1-1.351312.812.412.6-0.2-0.6-0.41413.212.712.95-0.8-1.3-1.051513.113.113.1-1.9-1.9-1.9★ 실험평가☆ 압력계 1의 상승시, 하강시 데이터값을 그래프로 나타내보면그래프상에서는 하강시 압력값이 상승시 압력값보다는 좀 높게 나왔다. 하지만 큰 차이는 없고, 특별한 관계를 찾아볼 수는 없다. 단시 실험의 오차라고 생각된다.☆ 상승시, 하강시 특별한 차이가 없음으로 압력계1의 상승시, 하강시 실험측정값 의 평균값을 구해서 실제 정하중(Dead weight)과 비교해보면그래프상에서 평균값이 Deat weight값보다 아래에 위치해있다. 0(N/㎠)부터 6(N/㎠)까지는 거의 비슷하지만, 6(N/㎠) 이상이 되면 압력이 -0.5(N/㎠)에서 -2(N/㎠)정도(평균값 -0.97)까지 차이가 난다. 이사실은 실험시 사용했던 압력계의 오차 범위를 말하는 것이고, 앞으로 이 압력계를 사용할 때는 6(N/㎠)이상의 값이 나왔을 때 -0.97(N/㎠)값의 오차를 감안해야할 것이다.☆ 그리고 상승시, 하강시 실험값과 Dead weight의 값을 비교하여 그래프로 그려보 면 다음과 같다.♧ 압력계 2Dead weight압력계2ΔP2상승하강평균상승하강평균0.51.111.050.60.50.5511.61.51.550.60.50.551.52220.50.50.522.62.52.550.60.50.5533.53.43.450.50.40.453.53.843.90.30.50.444.44.44.40.40.40.44.54.84.84.80.30.30.355.35.75.50.30.70.55.55.85.85.80.30.30.366.36.26.250.30.20.2577.67.27.40.60.20.488.18.88.450.10.80.4599.19.69.350.10.60.*************☆ 압력계 2의 상승시, 하강시 데이터값을 그래프로 나타내보면이 그래프에서도 앞력계1과 같이 상승시, 하강시 특별한 관계를 찾기는 어려운 것 같다. 약간의 차이가 나는 것은 실험의 오차라고 생각된다.☆ 상승시, 하강시 특별한 차이가 없음으로 압력계2의 상승시, 하강시 실험측정값 의 평균값을 구해서 실제 정하중(Dead weight)과 비교해보면

공학/기술| 2003.02.27| 13페이지| 1,000원| 조회(1,411)

압력계, 유체실험, 압력계보정실험, Dead weight tester

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[펌프설계]회전차

※ 회전차(回轉車)의 설계원심펌프의 회전차의 설계에 쓰이는 계산식은 깃수 무한인 경우의 이론식이기 때문에, 실제 회전차에 대해서는 여러 가지 요소에 대하여 수정을 해야 한다.실제 회전차에서는 날개의 수에 제한이 있고, 날개의 두께를 가지기 때문에 유체의 통로가 그만큼 좁아져서 각종 손실을 초래한다.깃의 매수에 제한이 있고, 깃은 두께를 가지기 때문에 유체의 통로가 그만큼 좁아져서 각종 손실을 초래합니다. 따라서 다음 사항들을 고려햐여야 한다.. 마찰손실을 적게 하려면 ⅰ)깃의 길이(통로의 길이)를 짧게 ⅱ)깃의 매수를 적게 ⅲ)회 전차 내외면을 미끈하게. 손실헤드를 적게 하려면 ⅰ)통로의 단면적이 급변하지 않도록 ⅱ)깃곡선을 완만하게(이 때 깃의 길이는 필연적으로 길어진다.) ⅲ)깃의 매수를 많도록 하여 곡률 반지름을 크게(1) 설계 양수량({{ Q}^{' })(2) 회전차 보스부의 축지름(3) 회전차의 보스지름({{ d}_{b })(4) 회전차의 안지름(D)(5) 깃의 입구경({{ D}_{1 })(6) 회전차의 바깥지름({{ D}_{2 })(7) 깃의 매수(z)(8) 깃의 두께(S)(9) 깃 입구의 치수(10) 깃 출구의 치수(1) 설계 양수량({{ Q}^{' })회전차(날개) 속을 흐르는 유량 Q는 회전차 입구의 바깥 둘레와 라이너 링 등의 틈으로부터 새어나오는 유량 q, 회전차 외벽과 깃 주위를 순환하는 유량 {{ q}^{' }등의 손실을 고려하면{{ Q}^{' } =Q+q+ { q}^{' }------ 가 된다. 여기서 {{ Q}^{' }를 설계 양수량이라 하여 설계 계산에 사용된다.일반 펌프에서 q=(0.01∼0.08)Q, q'=(0.01∼0.07)Q 정도이므로 q+q'=(0.02∼0.15)Q 가 되고 Q'=(1.02∼1.15)Q 로 된다.(2) 회전차 보스부의 축지름회전수 N(rpm), 각속도ω(rad/sec), 회전축의 비틀림 모멘트(전달 토크)와 전달 마력(L) 사이에는{L= { T} over {75 }·ω= { T} over {75 }· { 2 pi N} over {60 }의 관계가 있으므로 토오크T(kg·cm)는{T=71,620· { L} over {N }이 된다. 보스부의 축의 지름은 축의 길이가 짧기 때문에 위의 식이 적용된다.축의 극단면 계수를 Zp, 축 재료의 허용 비틀림 응력을 τ kg/cm2 라 하면{T= { Z}_{p } · tau{이 된다.축이 원형 중심축일 때에는 그림과 같이 축지름을 d1 이라 하면{{ Z}_{p } = { pi } over {16 } · { { d}_{1 } }^{3 }로 표시되므로{T = { pi } over {16 } · { { d}_{1 } }^{3 } · tau따라서{{ d}_{1 } = `^{ 3} SQRT { { 16} over { pi tau }·T } ≒1.72 `^{ 3} SQRT { { T} over { tau } }------ 으로 된다.{회전차를 축에 고정하기 위하여 키를 쓰는데, 키 홈을 파게 되면 축이 약해지므로 그 영향을 고려해야 한다. 지금 키 홈 있는 축의 강도 A와 없는 축의 강도 B의 관계는 그 비를 S라 하면{S= { B} over {A } =1.0-0.2 { b} over { { d}_{1 } } -1.1 { t} over { { d}_{1 } } ≒0.75가 된다. 이것을 고려하여 2식에서{{ d}_{1 }을 계산할 때 0.75×τ로 계산하면 된다.(3) 회전차의 보스지름({{ d}_{b })회전차의 보스지름{{ d}_{b }는 2식에서 구할 수 있다.{{ d}_{b } =1.8 { d}_{1 } (m)------- (4) 회전차의 안지름(D){◎ 주축이 관통하지 않을 때회전차의 입구의 면적 A는 {A= { pi } over {4 } { D}^{2 } = { { Q}^{' } } over { { v}_{e } }이므로{D= SQRT { { 4 { Q}^{' } } over { pi { v}_{e } } }[m] ------ 이 된다. 여기서 {{ v}_{e }는 회전차 입구의 평균유속으로서, 흡입구 유속 {{ v}_{s }의 10∼20% 더하여 잡는다.◎ 주축이 관통할 때보스부의 단면적이 입구의 면적을 감소시키므로{{ pi } over {4 } ( { D}^{2 } - { { d}_{b } }^{2 } )= { { Q}^{' } } over { { v}_{e } }그러므로{D= SQRT { { 4 { Q}^{' } } over { pi { v}_{e } }+ { { d}_{b } }^{2 } }[m] ------- 으로 표시된다.(5) 깃의 입구경({{ D}_{1 }){원심펌프에서 {{ D}_{1 }은 보통 다음 비율로 잡는다.{{ D}_{1 } =(1.0∼1.2)D------ 또 그림에 표시한 깃 입구의 평균지름 {{ D}_{1m }은{{ D}_{1m } =(0.9∼1.0)D로 결정하면 된다.깃 최소부의 지름 {{ { D}_{1 } }^{' }는 {{ D}_{1m }을 먼저 구한 다음 이 두 점을 매끈한 원호로써 맺으면 자연히 정해지는 치수이다.{(6) 회전차의 바깥지름({{ D}_{2 })◎ 회전차의 바깥지름회전차의 바깥지름은 원주속도 {{ u}_{2 }를 구하여 다음 식으로 계 산할 수 있다.{{ D}_{2 } = { 60 { u}_{2 } } over { pi N}[m] ------ {{ u}_{2 }의 값은 이론식에서 계산하는 방법과 실험계수를 써서 구하 는 두 가지 방법이 있다.{{◎ 원주속도를 구하는 방법◇ 이론식에서 {{ u}_{2 }를 구하는 방법 :회전차 출구의 속도 삼각형 그림에서 {{ u}_{2 } = { v}_{2u } + { w}_{2u }그런데,{{ v}_{2u } = { v}_{2m } cot { alpha }_{2 } = { { v}_{2u } } over {tan { alpha }_{ 2} }{{ w}_{2u } = { v}_{2m } cot { beta }_{2 } = { { v}_{2u } } over {tan { beta }_{ 2} }이므로, 위 식에 대입하면{{ u}_{2 } = { v}_{2m }( { tan { alpha }_{2 }+tan { beta }_{2 } } over {tan { alpha }_{2 }×tan { beta }_{2 } } )= { v}_{2u } (1+ { tan { alpha }_{2 } } over {tan { beta }_{2 } } )--- 이 된다. 또, 전압수두{{ H}_{th∞ }는 다음과 같은 관계식을 갖는다.{{ H}_{th∞ } = { 1} over { g} { u}_{2 } { v}_{2 } cos { alpha }_{2 } = { 1} over {g } { u}_{2 } { v}_{2u }⇒ {{ v}_{2u } = { g {H }_{th∞ } } over { { u}_{2 } }------ 8식을 7식에 대입하면 {{ u}_{2 } = { g { H}_{ th∞ } } over { { u}_{2 } } (1+ { tan { alpha }_{2 } } over {tan { beta }_{2 } } )가 되고 따라서 출구의 원주속도 {{ u}_{2 }는 다음 식과 같이 된다.{{ u}_{2 } = SQRT { g {H }_{th∞ }(1+ { tan { alpha }_{2} } over { tan { beta }_{ 2} } )}------- 9식에서 {{ alpha }_{2 }는 유체의 유출 각도(°)로서 {{ alpha }_{2 }=5∼30° 의 범위를 가지지만 보통 {{ alpha }_{2 }=8∼15°를 잡는다.{{ beta }_{2 }는 깃의 출구 각도(°)이고, 이것은 펌프의 성능에 크게 영향을 미치는 요소 중의 하나로서, 회전차를 설계하는 기본 사항이다. 유체의 유입각도{{ alpha }_{1 }=90°일 때 이론 전압수두는{{ H}_{th∞ } = { 1} over {g } { u}_{2 } { v}_{2 } cos { alpha }_{2 }이다. 윗 식에 {{ v}_{2 } cos { alpha }_{2 } = { u}_{2 } - { v}_{2m } cot { beta }_{2 }를 대입하면 다음 식을 얻는다.{{ H}_{th∞ } = { { { u}_{2 } }^{2 } } over {g }- { { u}_{2 } { v}_{2m } cot { beta }_{2 } } over {g }회전수 {{ u}_{2 }가 일정할 때 {{ H}_{th }의 값은 {{ beta }_{2 }의 값 여하에 따라 유량Q의 변화와 함께 다음과 같이 변한다.ⅰ) {{ beta }_{2 } >90°일 때 : {{ v}_{2m } cos { beta }_{2 }

공학/기술| 2003.05.31| 8페이지| 1,000원| 조회(2,070)

펌프, 설계, 원심펌프, 회전차, 안내깃

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[유체실험]펌프성능실험

1. 실험 목적가. 일정한 회전 속도로 운전하고 있는 Centrifugal pump에 대해서 각 양수 량에 서의 양정(H), 수동력(L), 축동력(Ls) 및 효율을 구하고 유량에 대한 관계를 비교 하여 그 특성을 이해하고 펌프의 운전 성능을 검토하고 나아가 동작 물질(물)을 수반하는 유체 기계의 제반 성질을 이해하는데 그 목적이 있다.나. 최고 효율점의 유량, 양정, 회전수를 기초로 하여 비교 회전도를 계산한다.2. 관련 이론◎ 원심펌프가. 작동원리액체가 충만한 상태에서 베인이 있는 임팰러를 회전시키면 액체는 원심력에 의하여 임펠러의 원주를 통하여 높은 속도로 토출되고 이 속도에너지는 볼루트 케이싱이나 가이드 베인에 의해 압력 에너지로 변환된다.나. 사용목적일반적으로 필요로 하는 어떤 양의 액체를 목적하는 높이까지 올려주기 위하 여 또는 목적하는 어떤 압력의 장소에 보내주기 위해 사용된다.다. 종 류1. 청수 펌프 (GB, GM, IS, MV, MT, HT, ST, DSN, DS 등)청수, 농업용수 또는 공업용수 등을 이송하는 펌프로써 급수펌프, 배수펌프, 냉각수펌프, 소화펌프 등이 있다.2. 프로세쓰 펌프 (ISO 2858/ISB, IS 등)산, 알카리, 유기용제 등의 약액, 각종 액화가스 등의 이송에 사용된다. 스테인레스펌프, 규소철펌프, 자기제 내산펌프, 불침투 흑연펌프, 경질고무제펌프, 경질염화비닐제펌프, 캔드모터 등이 있다.3. 정유 펌프 (API 610/H)석유정제, 석유화학 공장에서 송유등의 프로세쓰 펌프로써 점도에 의한 성능저하 고온 또는 저온, 고 내압력 등에 대한 충분한 검토가 필요하다.4. 슬러리 및 샌드 펌프 (NOP, P)비료공장, 소다공장, 알루미늄공장 등에서는 산, 알카리의 약액에 수60∼100메시의 고체 미립자를 다량으로 함유하고 있다. 시멘트 공장에서는 시멘트 슬러리를 60∼65%의 농도로 물에 의해 수송한다. 일반적으로 평균지름 0.3mm(84메시) 정도 이하의 것을 슬러리펌프라 하고 그 이상을 쌘드 펌프라 한다.5. 펄프 펌프 (NOP, NP, P)종이의 원료인 펄프를 물과 함께 수송한다. 중량 농도 1% 이하로 보통의 청수 펌프를 사용하여 가능하나 그 이상의 농도는 막힘 및 성능 감쇠를 방지하기 위하여 non-clog 펌프를 사용한다.라. 손 실수력손실 : 펌프의 흡입 노즐에서 토출 노즐간의 마찰 손실임펠러, 가이드 베인, 케이싱 등의 수력 손실임펠러의 입구와 출고에서의 충돌 손실누설손실 : 웨어링의 틈새누설다단펌프 간격판의 부시와 축 틈새 누설밸런스 디스크의 간극오픈 임펠러의 깃과 전면판 틈새축봉 장치 누설원판마찰 손실 : 임펠러가 케이싱 내에서 회전할 때 발생하는 손실기계적 손실 : 베어링과 축봉 장치의 마찰 손실♧ 양정의 계산펌프의 양정(head,H)은 펌프의 입구와 출구에 있어서의 유체 1kg당이 가지는 에너지 차로서 단위 무게의 액체가 펌프를 지나는 동안 얻는 에너지로 정의된다. 그러므로, 펌프의 입구와 출구에 베르누이 방정식을 적용하면 양정 H는H = {P_d - P_s} over + {{V_d}^2 - {V_s}^2} over 2g + Z_d - Z_s식에서 Pd, Ps는 송출, 흡입관내의 압력표시Pd : gauge1 Bourdon Pressure GaugePs : gauge2 Vacuum garue(mmHg)Zd-Zs : 양압력계1,2의 수직거리이때, 직경{ D}_{d } =0.05m , {D }_{s } =0.065m, y는게이지의 높이차이다(d : discharge, s : suction)♧ 유량(Q)의 계산θ=90o 인 직각 삼각 위어일 때여기서, 유량계수 K는h : 위어의 헤드(m), B : 수로의 나비(m)D : 수로바닥에서 노치 바닥까지의 높이유체기계 종합 실험장치(m)( B = 603 mm, D = 109 mm )♧ 수동력(Lw)의 계산♧ 축동력(Ls)의 계산♧ 효율계산♧ 비교회전도(Ns) - 최고 효율점에서3. 실험방법 및 장치실험 장치는 펌프, 수조, 계측 수조, 유량 조절 밸브, 압력계, 동력계, 벤튜리 등으로 구성되어있다.1. 수조에 물이 채워져 있는지 확인한다.2. 동력계의 0점을 맞춘다.3. 펌프 케이싱 위에 있는 물맞이 마개를 열고 케이싱에 물이 채워져 있는지 확인하고 물이 없으면 채운다.4. 펌프의 입구 밸브를 전개한다.5. 펌프 출구 밸브를 닫고 모터를 구동시킨 후 서서히 출구 밸브를 열어 전개한다. 출구밸브를 닫고 즉 유량을 0으로 하여 운전하는 것을 체절운전이라고 한다. 이 때 체절상태에서 3 - 4분 이상 작동시키면 글랜드에 무리가 가고 또 출구밸브를 전개한 상태에서 시동하면 모터에 무리가 가므로 주의해야 한다.그림2. 원심펌프 효율측정 실험장치6. 정상상태에 도달하면 다음 사항을 측정하여 기록한다.- 계측수조의 최초수위, 최종 수위, 소요시간- 모터의 회전수, 소요시간- 모터의 동력계에 걸리는 하중7. 모터의 회전 속도를 저속으로 하고 이때부터 적당한 간격으로 회전속도를 올려가면서 유량의 양을 계산한다.(8단계)8. 유량(Q), 양정(H), 축동력(Ls) 및 효율을 계산하고 그래프의 횡축에 유량, 종축에 양정, 축동력, 효율을 잡아 이 펌프의 특성 곡선을 그린다.주의사항 : 파이프 내에 공기가 들어 있지 않은 상태, 즉 물로 꽉 찬 상태에서 실험한다. 그리고 모터의 회전수를 측정하기 위해 타코메타를 사용할 때 모터와 수직이 되도록 하여 측정한다.역할분담온도측정고한석흡입 및 토출밸브장정욱, 손상규압력게이지 확인이경식타코메타박희진위어높이측정남택중데이터 기록임정희전원 스위치정영훈◎ 결과 및 검토1유량과 양정, 수동력 및 효율간의 관계에 대해 알아본다. 실험곡선과 이론곡선을Excel을 이용하여 그래프로 나타내고 결과를 비교한다.펌프성능시험 실험결과표4. 참고 문헌책명 : 펌프공학 저자 : 권순홍 외 공저 출판사 : 유림문화사책명 : 유체역학 저자 : 이택진 편저 출판사 : 동명사책명 : 기계공학실습 저자 : 장병주 출판사 : 동명사☆실험 결과 및 검토☆유량과 양정, 수동력 및 효율간의 관계에 대해 알아본다. 실험곡선과 이론곡선을 Excel을 이용하여 그래프로 나타내고 결과를 비교한다.가. 유량(Q)의 계산θ=90o 인 직각 삼각 위어일 때여기서, 유량계수 K는h : 위어의 헤드(m), B : 수로의 나비(m)D : 수로바닥에서 노치 바닥까지의 높이유체기계 종합 실험장치(m)( B = 603 mm, D = 109 mm )항목회수물의온도회전수송출유량온도계(℃)비중량(N/㎥)타코메타(rpm)hook gauge(㎜)KQh(mm)초기갑19.8℃1765000117630.4781.786653.92E-070.00047217456.0381.300920.000230.00603317269.9581.275710.0008030.009954171212.581.265020.001420.01255170213.4381.261670.0016990.013436169513.981.260070.0018510.01397169114.1481.259270.0019320.014148168814.281.259070.0019530.01429168614.2481.258940.0019660.0142410168214.2481.258940.0019660.0142411168014.2481.258940.0019660.0142412167914.2481.258940.0019660.0142413167714.2481.258940.0019660.0142414167514.2481.258940.0019660.0142415167514.2481.258940.0019660.0142416167314.2481.258940.0019660.01424나. 양정(H)의 계산이때, 직경 , y=게이지의 높이차 이다.(d : discharge, s : suction)항목회수양정송출압력(kg/m2)흡입압력압력계거리송출유속흡입유속전양정PdPdPsyVd(m/sec)Vs(m/sec)H(m)초기갑3.43400000.550034.5513.383380000.551.25E-092.11E-0934.3523.253250000.557.31E-071.24E-0633.0532.952950000.552.56E-064.32E-0630.0542.52500000.554.52E-067.64E-0625.5551.91900000.555.41E-069.14E-0619.5561.51500000.555.9E-069.96E-0615.5571.31300000.556.15E-061.04E-0513.5581.151150000.556.22E-061.05E-0512.05911000000.556.26E-061.06E-0510.55100.95950000.556.26E-061.06E-0510.05110.8800000.556.26E-061.06E-058.55120.75750000.556.26E-061.06E-058.05130.7700000.556.26E-061.06E-057.55140.68680000.556.26E-061.06E-057.35150.67670000.556.26E-061.06E-057.25160.65650000.55

공학/기술| 2003.02.27| 9페이지| 1,000원| 조회(1,043)

펌프, 유체실험, 펌프성능, 펌프성능실험, Centrifugal Pump

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[유체실험]외부유동실험 평가A좋아요

1. 실험 목적유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 예들 들어 자동차나 항공기가 공기 중을 운동할 때 그 주위의 유동정보를 해석적으로 상세히 구할 수가 없다. 이때 실험적인 방법으로 물체 주위의 유동정보를 구하고자 할 때 풍동실험을 수행한다.본 실험에서는 원통주위의 압력과 속도분포를 구하고, 항력을 추에 의한 측정법을 적용하여, 원기둥의 각도 변환에 따른 항력을 측정하고, 후류에서 속도분포에 의한 측정을 하여 비교한다.2. 관련 이론가. 추에의한 항력측정위의 그림에서는 여러 가지 풍동을 보여 주고 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 낯출 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 큰덕트로부터 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 유속 U와 압력차 △P 차이에는ΔP = K ρU^2 over 2인 관계가 성립한다. 따라서 처음에 피토관을 사용하여 유속을 측정하여 항수 K를 결정하고 나면 다음 부터는 ΔP만 측정하여 가지고 유속을 구할 수 있게 된다. 풍동의 보정작업은 위의 식에서 K를 구하는 것 외에도 시험 부분의 전단면에 걸쳐서 유동이 얼마나 균일하게,그리고 얼마나 정상유동에 가깝게 이루어지고 있나 하는 기 위해 점성, 비압축성 유체를 통해 속도V로 움직이는 지름 d인 매끄러운 구에 대한 항력D를 구하는 문제를 생각하자. 유체밀도와 점성은 각각 ρ와 μ이다. 다음과 같은 함수형태로 나타낼 수 있다.D~ =~ f_1 (d,V,mu,rho)Buckingham 의 파이정리(Pi theorem)를 적용하면 2개의 무차원 매개변수를 다음과 같은 함수형태로 나타낼 수 있다.D over{ rho V^2 d^2}~=~ f_2 left({ rho Vd} over mu right)d^2은 단면적 (A = pid^2 /4)에 비례하므로 다음과 같이 쓸 수 있다.(1)D over{ rho V^2 A}~ = ~f_3 ~left({ rho Vd} over mu right)~ = ~ f_3 (Re)비록, 식(1)은 구에 대하여 얻었지만, 방정식의 형태는 어떠한 물체 주위의 비압축성유동에 대해서도 타당하다. Reynolds수를 나타내기 위해 사용된 특성길이는 물체의 모양에 따라 결정된다.항력D~ =~ {C_D A rho V^2 } over 2이다.항력계수C_D는 다음과 같이 정의된다.C_D ~ = ~ D over { 1over 2 rho V^2 A}여기서,1 over 2은 (마찰계수를 정의한 방정식에서 사용된 것처럼) 잘 알려진 동압의 형태로 나타내기 위하여 삽입된 것이다. 그러면 식 (1)은C_D ~ = ~ f~(Re)로 쓸 수 있다. 여기서 우리는 항력에 대해 검토하는 과정에서 압축성과 자유표면효과에 대해선 고려하지 않았다. 이러한 인자들이 포함된다면 다음과 같은 함수 형태를 얻을 수 있을 것이다.C_D~ = ~ f~ (Re, Fr,M)◎ 원기둥 주위의 압력유동장은 비압축성 및 비회전이므로, 유동함수는 더해질 수 있다.psi~=~psi_D~ +~ psi_uf~ =~ -{Asin theta} over r ~+~ U~r~ sin thetaphi~=~phi_D~ +~ psi_uf ~ =~ -{Acos theta} over r ~ +~ U~r~ cos theta해당하는 속도성분들은 다음과 같들은 ( r, θ) = ( a , 0 ) , ( a , π) 이다.유동은 비회전이므로 두 점 사이에 Bernoulli 방정식을 적용할 수 있다.먼 상류의 한점과 원통표면상의 한 점 사이에 Bernoulli 방정식을 적용하면, 다음과 같다.P ~ =~ 1 over 2 rho ( U^2 - V^2 )이 되고 r = a 인 표면을 따라V^2 ~ = ~ V_theta^2 ~ = ~ left ( - A over a^2 - U right ) ^2 sin^2 theta ~ = ~ 4U^2sin^2 theta이 된다. 또A ~ = ~ Ua^2이므로, 대입하면 다음과 같다.P ~ = ~ 1 over 2 rho left (U^2 - 4U^2 sin^2 theta right)~ =~ 1 over 2 rho U^2 left( 1 - 4sin^2 theta right)또는P over{ 1 over 2 rho U^2}~ =~ 1 - 4sin^2 theta이다.다.후류에서 속도 분포에 의한 항력 측정법공기역학이나 다른 모형실험에서는 압력에 관한 자료를 무차원형으로 표현하는 것이 편리하다. 힘의 비는E_u (C_p ) ~ = ~ P over { 1over2 rho U^2}로 형성되는데 여기서 P는 국부압력에서 자유흐름(freestream)압력을 뺀 것이며, ρ와 V는 자유흐름유동의 성질들이다. 이 비는 일찍이 유체역학에 관하여 해석적인 연구를 많이 한 스위스 수학자인 Leonhard Euler의 이름을 붙였다. Euler는 유체운동에서 압력의 역할을 최초로 알아낸 사람으로 높이 평가되고 있다. Euler수는 압력력의 관성력에 대한 비이다. (분모의 1/2인자는 동압을 나타내기 위하여 붙인 것이다). Euler수는 흔히 압력계수(pressure coefficient)C_p라고도 불린다.@층류와 난류 : 레이놀즈는 유체유동에는 두가지의 형태가 존재함을 밝혀내었다. 그 중 하나는 상대적으로 낮은 유속에서 유체입자가 관벽에 평행한 선을 따라 부드럽게 이동하는 형태로서,마찰이 유속에 정비례한다는 실제로 각도기는 검사체적에 설치되어 있어서 손으로 원기둥을 돌려서 각도 를 조절한다.다. 후류에서 속도분포에 의한 측정유동의 입구상태를 일정하게 유지하고 원기둥뒤에서 피토튜브를 이용하여 속도를 측정한 다. 이송테이블을 이용하여 2밀리미터 간격으로 속도를 정밀 측정한다.비고)원기둥을 지나온 유속은 중심을 대칭으로 가정하여 원기둥 밑부분부터 중심부까지 만 측정한다.4. 결과 및 검토가. 실험결과☆ 추에 의한 항력측정에 대한 실험결과☆ 원기둥 둘레의 압력분포에 대한 실험결과☆ 후류에서의 속도분포에 관한 실험결과나.직접 무게 측정에 의해 구한 실험결과로부터 항력과 동압의 관계를 그래프로 그린다.다. 원기둥의 각도변환에 의한 항력계수 측정실험으로부터 , 와의 관계를 그 래프로 나타내고, 이상유동의 식과 비교한다.라. 후류에서 속도계수에 의한 항력계수측정 실험으로부터 y/h와 u/U, 1-u2/U2 관계를 그 래프로 나타내고 결과를 검토한다.5. 참고 문헌◎ John K.Vennad, 1991, 유체역학, 동명사, p.764-769.◎ 이관수, 1991, 유체역학연습, 원화, p.247-251.☆실험 결과 및 검토☆◎ 결과 계산 과정 장치 개략도* 주어진 값 : air = 1.225㎏/㎥ (표준 대기)L 0.18m , D L/2 = 0.09mb 0.065mM-m = 0.05㎏nu= 1.4 10-5㎡/s (15 온도에 대한 동점성계수)(1) 추에 의한 항력 측정a는 L에 비하여 매우 작은 값으로 간주하여 a 0 으로 무시한다.Pivot 점에 대한 모멘트 평형의 원리에 의해,sum from { } to { } { `````M```=`F_{ D` } ``` { L } over { 2 } -b(M-m)g`=0 } ``F_{ D } ``=` { 2b(M-m)g } over { L }-①공기 유속 측정기로부터 자유 흐름 속도 U=5m/s로 측정되었고, ①식으로부터 항력은F_{ D } =`0.354```N 이며Re`= { UD } over { nu }32143,C_{ D } = {} over { U }= 1.33◎ 결과 시트추에 의한 항력측정Drag force(p- { p}_{0 })N/㎡0.5·p { U}^{2 }U(m/s)5023.2215.255원기둥 주위의 압력분포각도(θ)압력차(p- { p}_{0 })mm { H}_{2 }O압력차(p- { p}_{0 })N/㎡CpCp*cosθ각도(라디안)02.322.251.461.460.0052.524.191.591.580.09102.423.221.521.500.17152.3923.121.521.460.26202.221.291.401.310.35252.0519.831.301.180.44301.514.510.950.820.52351.312.580.820.680.61400.21.940.130.100.7045-0.4-3.87-0.25-0.180.7950-1-9.68-0.63-0.410.8755-1.4-13.55-0.89-0.510.9660-1.8-17.42-1.14-0.571.0565-2.4-23.22-1.52-0.641.1370-2.6-25.16-1.65-0.561.2275-2.8-27.09-1.78-0.461.3180-2.85-27.57-1.81-0.311.4085-2.8-27.09-1.78-0.151.4890-2.4-23.22-1.520.001.57100-2.2-21.29-1.400.241.75110-2.2-21.29-1.400.481.92120-2.05-19.83-1.300.652.09130-2-19.35-1.270.822.27140-2-19.35-1.270.972.44150-2-19.35-1.271.102.62160-2.05-19.83-1.301.222.79170-2.2-21.29-1.401.372.97180-2.25-21.77-1.431.433.14후류에서의 속도분포에 관한 실험결과표y(mm)y/h압력차(p- { p}_{0 })mm { H}_{2 }O압력차(p- { p}_{0 })N/㎡u/U1-{ (u/U)}^{2 }00.002.423.221.23-0.5220.052.827.091.33-0 있다.

공학/기술| 2003.02.27| 14페이지| 1,500원| 조회(1,266)

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