유체역학 실험 - 유체마찰 손실 및 유량 측정(Fluid Friction and Metering)
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- 본문내용
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< 요약 >
유체를 이동시킬 때 가장 일반적으로 쓰이고 있는 방법은 파이프나 기타의 유로를 통해 유체를 흐르게 하는 것이다. 이러한 방법으로 유체를 이동할 경우, 필수적으로 요구되는 것이 유량측정과 압력강화의 고려 문제이다. 왜냐하면 공업공정 조절에 있어 유체가 파이프 등을 통과할 때 마찰 등으로 생기는 압력강하를 고려하여 그 압력 강하로 인한 에너지 손실을 계산해서 그 손실을 극복할 수 있도록 유체의 이동에 얼마만큼의 에너지를 더욱 공급해 주어야 하기 때문이다. 또, 압력강하를 줄이려면 어떤 계가 적당한가와 그 계의 크기는 얼마로 할 것인가 하는 것도 중요한 문제이다. 이러한 부분은 파이프를 통한 원유나 천연가스의 운송, 정유공장내의 설비, 도시 가스 공급 등 화학공장의 여러 분야에 널리 이용되고 있다. 그 이유는 화학공장에서는 거의 모든 반응이 pipe에서 일어나며 반응물 또는 생성물이 운반되는 것도 pipe에 의해서 이루어지기 때문이다. 이 때 이 pipe들의 연결과 구부러짐, 갑작스러운 팽창 또는 수축 또는 흐름을 제어하기 위한 여러 가지 장치 (valve 등, 이러한 들을 fitting이라 한다.)들에 의해 fitting loss가 생긴다.
Fitting loss는 어떤 system에 대해서는 에너지 balance 식이나, 그 밖의 balance식을 사용하여 fitting loss를 구할 수 있으며, 나머지 경우에 대해서는 실험으로 결정한다.
이 실험에서는 fluid circuit 이라는 실험 장치를 이용한다. 이 장치는 여러 가지 fitting에 대한 압력손실을 manometer에 의해 간편히 측정할 수 있도록 고안된 장치이다. 이것으로 흐름의 방향과 속도를 바꾸어 가면서 pipe, valve, orifice meter, venturi meter등 의 압력 손실을 구해본다.
< 서론 >
◎ 실험목적
Venturimeter, Nozzle, Orifice를 포함한 교축유량계의 작동 및 측정원리를 공부하고 각각에서의 유량을 측정하는 방법을 숙지한 후, 실험으로부터 얻은 데이터와 이론상의 데이터를 비교 분석한다. 분석결과를 통해 유량, 압력차 및 유량계수간의 상호관계를 알아본다.
◎ 실험내용
이 실험은 유체의 유속과 관 부속에 따른 마찰손실을 측정하고 유량의 여러 가지 측정방법을 시험해 보는 것이다. 다시 말해 유량이 15, 20, 30 l/min 일 때 venturimeter, orifice, nozzle, gate valve, glove valve, 90 elbow, reducer, 1 in 직관, tee,의 압력강하를 측정하는 것이다. 여기서 얻은 압력강하 실험치와 Fanning equation에 의한 계산치를 비교한다.
Fanning equation은 라고 정의 할수 있다. 여기서 ΔP는 압력강하를 나타내고, f는 마찰계수, u는 유속, ℓ은 관의 길이, ρ는 액체의 밀도, gc는 중력가속도, D는 관경을 나타낸다.
한편 실험치 data는 전압차(mV)로 나오게 되는데 이것을 mmH2O로의 환산한다. 환산식 ΔP(mmH2O) = 5000＊%/100를 사용하면 이론 치에서 나온 mmH2O와 쉽게 비교할 수 있다. 그런 후에 관부속에서 압력강하로부터 상당길이를 계산한다.
- 참고문헌
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화학공학 - 박동원 편저(동아대학교)
기본유체역학 - 윤준규 외 3명(대광서림)
핵심유체역학 - 박용호 저(도서출판대웅)
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