관 로 마 찰 실 험
1. 실험 목적
: 우리 실생활에서 파이프 설계는 중요한 부분을 차지하고 있다. 예를 들어 보일러 배관설계, 석유의 송유관 설비, 도시가스설비, 상수도관 설비 등을 들 수가 있는데, 여기에서 각 유체에 대해 점성에 따른 마찰의 대한 고려는 가장 먼저 시행 될 부분으로 여겨지고 있다. 유체가 관내를 흐를 때 유체 점성에 의한 관 마찰로 인하여 에너지 손실이 발생한다. 본 실험에서는 직선 원관 내에서의 마찰손실을 측정해보고 관 마찰에 의한 에너지 손실을 정확하게 이해하는데 목적이 있다. 평균유속과 수두손실, 레이놀즈수, 마찰계수, 부차적 손실을 계산해보고 또한 레이놀즈수와 마찰계수와의 관계를 log-log그래프로 그려보면서 관 마찰계수가 레이놀즈수에 따라 변화하는 관계를 검토해본다.
2. 관련 이론
비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베르누이 방정식이 성립한다.
(여기서 은 마찰손실수두 또는 수두손실이라 하며, 단위중량의 유체가 1에서 2까지 가는 사이에 잃어버린 역학적 에너지의 양이다.)
이때 관의 단면이 일정하고 수평으로 놓여있다고 한다면 , 가 되므로
가 된다.
길고 곧은 원관 내의 물의 유동에 관한 실험으로 손실수두 은 속도수두와 관의 길이L에 비례하고 관의 직경 d에는 반비례함을 확인할 수 있다. 식으로 나타내면 아래와 같다.
(비례상수f : 마찰계수)
레이놀즈수가 작아져서 층류유동이 되면 마찰계수는 상대조도와는 무관하게 되어 레이놀즈수만의 함수가 되며 레이놀즈수가 대단히 커져서 완전한 난류유동이 되면 마찰계수는 레이놀즈수와는 무관하게 되고 상대조도만의 함수가 된다.
1) 층류 파이프 유동([2,100)
2) 난류 파이프 유동(]2,100)
(1) 매끄러운 파이프 유동
① 3,000[[100,000
② 5*[[3*
(2) 거친 파이프 유동
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2013.05.01
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