관마찰계수의 측정

소개글

관마찰계수의 측정

목차

1) 실험목적
2) 이론
2)실험방법
3)실험결과의 정리
4)Discussion

본문내용

1) 실험목적
유체가 파이프 속을 흐를 때 유체 점성에 의한 마찰로 인하여 역학적 에너지의 손실이 발생한다. 본 실험에서는 직선 원형관을 흐르는 물의 압력강하는 측정하여 마찰손실을 알아내고 이로부터 관마찰계수를 계한하여 레이놀즈수에 따른 관마찰계수의 변화를 이해하는데 목적이 있다.

2) 이론
<그림1>과 같이 비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베르누이방정식이 성립한다.

(1)

여기서 은 손실수두(head loss)라 하며, 단위중량의 유체가 1에서 2까지 가는 사이에 잃어버린 역학적 에너지의 양이다.

<그림 1>
한편 관의 단면이 일정하고, 관이 수평으로 놓여 있을 때는 식(1)로부터

Darcy는 길고 곧은 원 관내의 유동에 관한 실험을 통하여 수두손실이 속도수수와 관의 길이 l에 비례하고 관의 직경 d에 반비례함을 확인하여 다음 식을 제시하였다.

(3)

여기서 비례상수 는 마찰계수라 부른다.
그러나 그 후 많은 사람들이 실험은 마찰계수가 일정하지 않고 관의 상태나 유속에 따라 조금씩 변화함을 보여 주었다. 따라서 식(3)은 하나의 법칙이라기보다는 마찰계수 를 정의하기 위한 정의식이라고 보는 것이 정확할 것이다. 차원 해석법을 사용하면 마찰계수 가 레이놀즈수 와 관의 상대조도(는 관의 조도돌기의 평균높이)의 함수가 됨을 알 수 있다.
두 번째 그림(그림7.9)은 상용관의 관마찰계수를 보여주는 Moody 선도이다. 그림에서 알 수 있는 바와 같이 레이놀즈수가 작아져서 층류유동이 되면 마찰계수는 상대조도와는 무관하게 되어 레이놀즈수만의 함수가 되며 fp이놀즈수가 대단히 커져서 완전한 난류유동이 되면 마찰계수는 레이놀즈수와는 무관하게 되고 상대조도만의 함수가 된다. Moody 선도는 다음의 실험식을 그래프로 표현한 것이다.


(1) 층류일 때 (<2100)
(4)
(2) 난류일 때 (>2100)

(5)

2)실험방법
1. 먼저 압력공들이 완전히 닫혀 있는가 확인한다.

참고 자료

서명 : ENGINEERING FLUID MECHANICS 7th EDITION
저자 : Clayton T.Crowe외 2명
역자 : 김경호 외 3명
출판사 : 싸이텍 미디어