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fileicon[화학공학] 레이놀즈수 측정

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소개글

[화학공학] 레이놀즈수 측정에 대한 자료입니다.

목차

1. 목적
2. 이론
3. 장치 및 시약
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 토의
7. 참고문헌

본문내용

실험 1. 레이놀즈수 측정

1. 목적
유체가 관을 통해 흐르는 형태를 관찰함으로써 유체흐름에 대한 종류 및 난류의 개념을 이해하고 레이놀즈수의 개념을 이해한다.

2. 이론
뉴튼유체가 관을 통해 흐를 때 유체 특성 및 관의 형상에 따라 두 가지 양상의 흐름이 생긴다. 가 약 2100보다 작으면 층류, 4000보다 크면 난류가 형성되며 그 중간영역은 층류와 난류의 혼합류라고 한다. 이 때 유체의 흐름이 층류에서 난류로 변화할 때의 유속을 임계속도라고 한다. 층류일 경우의 유체 거동은 식 (1)의 Hagen-poiseuille 식으로 표현되나 난류의 경우에는 해석상의 난점으로 경험식에 의존하여 해석되고 있다.

Hagen-poiseuille 식 (1)
여기서,

레이놀즈수 (2)
여기서,

* 관련 정의
1)레이놀즈수
입자가 급격한 외력을 통하여 액체를 빨아들이면서 부풀게 되어 굳어지는 현상들이 일어날 때 유체 흐름의 상태를 특징짓는 무차원의 양을 말한다. 보통 유체 흐름의 관성력과 점성력의 비이다. 이 수는 유체의 밀도, 흐름의 속도, 흐름 속에 있는 물체의 길이가 클수록 커지고, 유체의 점성률에는 반비례한다. 따라서 난류의 세기는 레일놀즈수가 증가함에 따라 커진다.

2)여러형태의 유동
a)층류(laminar flow)
층류(laminar flow)에서는 유체입자가 얄은 층을 이루며 원활한 경로를 따라 움직이고, 이웃하는 cm과 층은 매끄럽게 미끄러지면서 흐른다. 측방향 또는 선회운동은 점섬에 의해 강하게 억제된다. 층류는 뉴턴의 점성법칙, 즉 전단응력은 각변형률에 비례한다는 법칙에 지배된다. 낮은 점성계수, 빠른 속도 또는 큰 유동통로가 조합된 상태에서 층류는 불안정하게 되어 난류로 변해버린다.

b)난류(turbulent flow)
난류운동에서 유체입자(작은 질량 덩어리)는 매우 불규칙하고 선회하는 경로를 따라 움직이면서 유체의 한 부분으로부터 다른 부분으로 운동량을 수송한다. 운동량이 수송되는 방식은 분자적 운동량과 어느 정도 흡사하나, 다만 수송량의 규모가 클 뿐이다. 여기서 난류 소용돌이는 크기가 아주 작은 것(수천 개의 분자 정도)에서부터 매우 큰 것(강에서의 소용돌이 또는 erl 중에서의 돌풍처럼 수천 ft에 해당하는 것)까지 연속적으로 다양하다. 유동이 난류인간 또는 층류인가에 따라 난류유동을 하면 층류유동에 비하여 더 많은 전단응력이 발생되고, 비가역적 특성이 높아져 손실에너지가 증가한다. 또한 난류에서 손실은 속도의 1.7에서 2.0제곱에 비례하여 변하나 층류에서는 속도에 비례하여 변한다.

참고문헌

Noel de Nevers, "Fluid Mechanics for Chemical Engineers", 3rd ed., McGraw-
Hill, N.Y

태그 층류 흐름, 유체 난류, 실험 전단응력, 원관 유속, 레이놀즈수 경계층

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