[기초유체역학실험] Reynolds(레이놀즈) 장치를 이용한 난류실험
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- 목차
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5. 실험절차
-레이놀즈 실험 장치는 헤드탱크와 실험관로, 염료 주입 장치, 월류관, 유출관 및 급수관 등으로 구성되어 있다. 급수밸브는 실험탱크 내에 물을 공급하며 탱크내의 수위가 일정값에 도달하면 월류관을 통해 방류토록 되어 있다. 유출관에 달려있는 유량조절 밸브는 실험관로내의 유속 혹은 유량을 조절하기 위한 것이며 염료를 주입하기 위한 것이다.
① 유리관의 직경 D(0.01m=1cm)를 정확히 측정해 둔다. 온도계를 사용하여 수온을 측정 한 후 물의 점성계수를 계산한다.
② 염료 주입장치에 염료를 알맞은 농도로 맞추어 준비한다.
③ 급수 밸브를 열어 헤드탱크에 물을 공급하여 월류부로 유출시켜 탱크내 수두를 일정하 게 유지시킨다.
④ 수면이 안정하고 유리관의 흐름이 일정하게 되었을 때 염료 주입밸브를 열어 관내에 염료의 흐름을 관찰한다.
⑤ 염료관의 밸브를 조절하여 잉크를 소량씩 흘려보내면서 흐름모양을 관찰한다.
⑥ 유속이 적을 때는 염료는 관축에 평행하게 직선으로 흐르며 이와 같은 흐름을 층류라 한다. 유리관내의 유속이 점차 크게 되어 어떤 값에 달하면 염료의 유맥선은 상하 전후로 흐트러지기 시작한다. 유속을 더 증가시키면 염료는 분명한 선이 되지 않고 흐트러져 난류상태가 된다.
⑦ 일정한 비율로 유량을 조절해가며 흐름 상태를 확인하고 레이놀즈수를 구해서 관찰된 내용과 계산치가 같은 상태인가를 확인한다.
⑧ 이번에는 일정한 비율로 유량을 감소해가며 흐름 상태를 확인하고 레이놀즈수를 구한다.
- 본문내용
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-레이놀즈의 이론에 의하면 층류의 상한은 12,000～14,000으로 알려져 있으나 이 한계 레이놀즈수는 유체의 초기 정체정도와 관입구의 모양 및 관의 조도 등에 따라 다르고 실험방법에 따라서 큰 차이가 있다. 실질적인 상한계 레이놀즈수는 2,700～4,000 정도로 알려져 있다.
하한계 레이놀즈수로 정의되는 난류의 하한은 공학적 문제 해결의 입장에서 볼 때 상한계치보다 중요하며 하한계 레이놀즈수보다 낮은 흐름의 경우에는 난류 성분은 유체의 점성에 의해 모두 소멸된다. 지금까지의 여러 실험자의 결과에 의하면 관수로에서의 하한계 레이놀즈수는 약 2,000으로 알려져 있다.
즉, 흐름의 레이놀즈수가 2,000보다 작으면 흐름은 층류이고 2,000～4,000사이이면 불완전 층류(층류, 와류가 공존)라 하며 4,000 이상이면 난류로 분류한다.
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