[공학실험보고서] 교축 유량계를 이용한 유량 측정
1. 실험 목적
유체 유동의 유량을 측정하는 방법에는 여러 가지가 있다. 유동 관로 내부에 유동 방해물을 설치하고 이 방해물 전후방에서 나타나는 압력차를 측정하고 이를 이용하여 유량을 얻어내는 교축유량계(obstruction devices)가 제작 및 설치가 용이하여 가장 널리 사용되고 있다. 본 실험에서는 오리피스, 벤츄리 관 등 다양한 유동 방해물을 사용하여 관로 내부의 유량을 측정하고, 이를 관로 출구에서 피토관을 이용하여 측정된 출구 속도 분포에서 계산되어진 유량 값과 비교 관찰하는데 목적이 있다.
2. 실험 원리 및 이론
교축유량계(obstruction devices)는 유체가 흐르는 관내에 유동 방해물을 설치하여 방해물 전 후차에 압력 차이를 측정함으로써 유량을 유추할 수 있다.
위와 같이 관내부에 방해물 (그림에선 오리피스, 실험 시에는 사용안함) 을 설치한다. 그러면 유동의 움직임은 방해물의 모서리에서 유동의 박리현상이 나타나고 하류방향으로 유동의 재순환 현상이 발생한다. 노즐 전방의 유동에 단면 을, 노즐 후방의 유동 단면적이 가장 좁은 지점에 단면 로 설정하면 이때 전방의 주 유동은 단면 에서 단면 로 진행하면서 계속 가속하다가 이후 점차 감속되어 관을 채운 상태로 이동하게 된다. 단면 에서 유동의 단면적이 가장 좁아지고 속도는 가장 빠르게 나타나는데 이를 축류라고 한다. 우선 관내유동을 정상, 비점성, 비압축성으로 가정하고 단면에 걸친 속도 및 압력이 일정한 조건에서 단면 과 단면 사이에 베르누이 방정식과 연속방정식을 적용한다.
― ①
― ②
따라서
― ③
②를 대입하면,
― ④
단면2에서의 이론적인 속도 는
― ⑤
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2013.12.10
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