[화공현상실험]단일구의 침강속도

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 시약
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 토의 사항
7. 참고 문헌

본문내용

중력 하에서 구가 액체 중으로 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 Drag 계수와 Reynolds 수와의 관계를 알아본다. 구형의 물체가 중력 하에서 두 개의 수직관 내에 비중이 다른 액체에 수직으로 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 항력 계수와 레이놀드 수와의 관계를 알아본다.

<중 략>

전 입도 분석기는 침전 속도를 이용하여 액체 속의 입자 크기 분포를 측정한다. 입자가 액체 속에서 침전할 때 중력(W), 부력(V), 저항력(FD)의 영향을 받는다. Newton의 운동 법칙에 따르면 입자의 운동 방정식은 아래와 같다. 이 식에서, M은 입자의 무게, M'은 입자와 같은 부피를 갖는 액체의 무게, U는 입자의 속도, G는 중력 가속도, T는 시간, 는 저항력이다. 중력, 부력, 저항력이 평형을 이루게 되면 입자의 침전 속도는 변하지 않게 되고 균일한 침전 상태에 있게 된다. 이에 대한 식은 다음과 같다.이 식에서, D는 입자의 지름, 는 샘플의 밀도, 는 매게체의 밀도이다. 유체 역학에서 좀 더 쉽게 연구하고 표현하기 위해 Renault number를 이용한다. Renault number Re는 유체가 흐를 때 내부의 힘과 저항력의 비율을 나타낸다. Re가 아주 작을 때, 이 비율은 무시할 수 있다. 이 때, 입자의 저항력은 액체의 저항력과 완전히 같게 된다. 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. 이 식에서, u는 입자의 침전 속도, η는 매게체의 점성 상수이다. 이것을 Stokes 저항식이라 부른다. 더 쉽게 하기 위해 저항 상수 개념을 도입하면 아래와 같다. 이 식에서, A는 유체의 운동 에너지, B는 입자의 운동 방향에서의 투영 영역이다.

<중 략>

물체가 유체 내에서 운동하면 저항력을 받는데, 반대로 흐르는 유체 내에 물체가 정지해 있어도 저항력을 받는다. 나무판을 흐르는 유체 속에 유체의 흐름방향에 대해서 경사지게 놓았을 때 나무판에는 두 힘이 작용하게 된다. 하나는 유체의 흐름방향에 흘려보내려는 힘과 또 하나는 흐름방향에 흘려보내려는 힘이다

참고 자료

단위조작실험, 김종진, 진영사, p.2-29～2-34