분야
hwp2. 이 론
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 고찰
6. 참고 자료
1. 실험 목표
1) 비압축성유체가 관내를 흐를 때 발생하는 압력의 강하를 이해한다.
2) 흐름에서 유속과 마찰계수, Reynolds Number, 조도, 두 손실의 관계를 실험을통해 알아본다.
2. 이 론
1) 두 손실(Head Loss)의 원인
① 관의 총 길이에 걸쳐 일어나는 점성 저항(Viscous Resistance)에 의한 두 손실
② 국부적인 영향 - 밸브, 흐름면적의 갑작스러운 변화, Bend 등의 국부적인 영향에 의한 두 손실
2) Bernoulli Equation
∴
where, 단면적이 일정, 수평 관 ()
3) Venturi Meter
관로의 일부 단면을 축소하여 평행 부분을 약간 두고, 다시 완만하게 확대한 관을 Venturi meter라고 한다. 이것은 유체의 압력 에너지의 일부를 속도 에너지로 변환시켜 유량을 측정하는 계기이다. 유로의 축소, 확대에 의한 마찰 손실이 발생하지만, 갑작스런 축소, 확대의 경우에 비하여 마찰 손실을 크게 줄일 수 있다.
[Assumption]
① 유체는 미소구간 내의 압력변화를 무시할 수 있는 비압축성 유체이다.
② 축일(Shaft Work)은 없다.
③ 정상상태의 흐름이다.
④ 유량계는 수평흐름이다.
⑤ 파이프 내에 마찰손실이 없다.
⑥ 완전 발달 흐름이다.(Fully Turbulent Flow : )
가정에 의해 위 식은
로 쓸 수 있고, 그러므로
연속방정식 이므로, (where, )
위의 식을 에 대입하여 정리하면
에 대해 정리하면
위 식은 마찰이 없는 비압축성 유체에 엄격히 들어맞는다. 작은 값이지만 마찰손실을 고려하기 위하여 실험인자 (Venturi Coefficient)를 도입하여 수정하면,
위 식을 이용하여 부피유량을 계산하여 낼 수 있다.
(volumetric flow rate) ()
실제 Venturimeter를 사용할 때는 상당한 공간을 차지하며 값도 비교적 비싸다. 또한 목 부위의 크기가 고정되어 있어서 유량의 범위가 커지게 되면 모든 유량에서 정확한 측정을 기대할 수 없게 된다.
• Fluid Mechanics for Chemical Engineers(화학공학 유체역학) / James O.Wilkes / 역자 : 김민찬, 윤도영 / 아진
