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유체역학 - 레이놀즈 실험장치를 이용한 층류,난류 측정실험
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유체역학 - 레이놀즈 실험장치를 이용한 층류,난류 측정실험
1. 개요
실제유체가 가지는 점성효과는 흐름의 상태를 두 개의 전혀 다른 흐름 상태로 만든다. 즉 실제 유체의 흐름은 층류(laminar flow) 와 난류(turbulent flow)로 구분된다. 층류에서는 유체 입자가 서로 층을 이루면서 직선적으로 미끄러지게 되며 이들 층과 층 사이에는 분자에 의한 운동량의 변화만이 있을 뿐이다. 반면에 난류는 유체입자가 심한 불규칙 운동을 하면서 상호간에 격렬한 운동량의 교환을 하면서 흐르는 상태를 말한다.
이러한 유체흐름의 두 가지 형태는 1888년 영국의 Osborne Reynolds의 실험에 의해 증명되었다. Reynolds는 그의 실험에서 착색액의 주입으로 층류와 난류를 정성적으로 판별하였을 뿐만 아니라 Reynolds수에 의해 정량적으로 판별할 수 있는 방법을 제시하였다.
본 실험에서는 관수로 내의 흐름을 Reynolds의 원 실험에서처럼 색소 주입으로 층류와 난류로 구분 식별함과 동시에 층류와 난류의 경계가 되는 한계흐름(critical flow)에 해당하는 한계유속과 한계 Reynolds 수를 결정해 보기로 한다.
2. 실험목적
- 층류와 난류의 관측, 흐름상태를 이해
- 한계 Reynolds수 측정 및 이론치와의 비교
- 상한계 Reynolds수와 하한계 Reynolds 수의 측정
3. 이 론
Reynolds는 유리관을 통해 흐르는 물 속에 색소를 주입하여 색소의 이동을 관찰함으로써 2개의 상이한 흐름형이 존재함을 밝힌바 있다. 속도가 느린 흐름 속에서는 색소선이 흐트러지지 않고 직선적으로 이동했으나 고속의 흐름에서는 색소가 물과 혼합되면서 하류로 이동함을 관찰했으며 전자를 층류, 후자를 난류라 명명하였다. 여러 가지 직경의 관과 수온하에 속도를 변경시켜 가면서 실험한 자료의 분석에서 층류와 난류를 구별하는 기준으로서 다음과 같은 Reynolds 수를 제안하였다.
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2014.01.20
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