레이놀즈수 측정실험
1. 실 험 목 적
실제 유체의 유동은 점성유동으로 이상유체의 비점성유동보다 복잡하고 문제해결이 어렵다. 이러한 점성유동은 층류, 천이, 난류로 구분된다. 본 실험은 저수조의 수조를 일정하게 유지하면서 관내의 유체의 유동상태와 레이놀즈수와의 관계를 이해하고 층류와 난류의 개념을 이해하며, 임계 레이놀즈수를 산출하고자 한다.
2. 관 련 이 론
관, duct에서와 같은 내부유동 해석시 마찰로 인하 압력손실을 고려함으로써 물 공급 계통에서 펌프용량이나 유출량을 결정할 수 있다.
관내에서의 유동형태로는 층류(laminar flow)와 난류(turbulent flow)가 있다. 층류 유동시 주어진 층내의 유체입자는 두층내에 머물며, 전단응력은 층과 층의 미끄럼으로 생기게 된다. 난류 유동시 유체입자는 시간과 공간적으로 불규칙하게 흐르며 속도교란은 유동방향과 수직방향으로 발생한다.
19세기 후반에 Osborne Reynolds는 원형관에서 유동의 형태를 설명하는 무차원 매개변수로서 Reynolds수를 다음과 같이 정의 했다.
Re = = (1)
층류영역에서는 유체의 층 사이에서 원활한 유동이 일어나는 것으로 거시적인 혼합이 없다. 이 영역에 염료를 가는 선으로 주사하면 완만한 확산을 제외하곤 하나의 가는 선으로 나타난다.
난류영역에서는 염료의 선이 전체로 퍼져 엉클어진 선으로 흩어지게 된다. 이는 속도 변동이 존재하기 때문이며, 인접한 유동층과의 거시적 혼합이 있음을 알려준다.
천이영역은 층류에서 난류로 또는 난류에서 층류로 변할 때까지의 영역을 말한다.
이에 동점성계수 (=)를 이용하면 (1)식은 (2)식과 같이된다.
Re = = (2)
V:유체 평균속도, D:관의 내경, :동점성계수()
유속은 (3)식과 같으며,
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2013.05.08
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