[유체실험 A+자료]레이놀즈수 측정 결과보고서

목차

1. 실험 결과 요약
2. 레 이 놀 즈 수 측 정

본문내용

이번 실험에서는 레이놀즈 측정 장치를 이용해 유동상태를 가시화하여 층류와 난류를 관찰하였다.
실험을 통해 얻은 데이터를 통해 유동상태와 레이놀즈수의 관계를 이해한다. 층류는 유체입자들이 규칙적인 흐름으로 흐트러지지 않고 일정하게 흐르는 것이다.
난류는 층류와 반대되는 개념으로 유체의 각 부분이 시간적이나 공간적으로 불규칙한 운동을 하면서 흘러가는 것을 말한다. 층류와 난류의 구분은 레이놀즈수로 가늠이 가능한데 레이놀즈수가 2000이하이면 층류, 이상이면 난류로 분류한다.
실험장치는 레이놀즈수 측정 실험장치를 사용한다. 일반적으로 유체의 운동을 눈으로 층류인지 난류인지 구분하기 쉽지 않다.
따라서 흐르는 물에 잉크를 뿌려 유동을 가시화시켜 눈으로 확인 가능하게 한다. 실험은 상임계와 하임계 측정으로 나뉜다.
상임계는 층류 상태에서 유량조절밸브를 열어 유량이 적당히 증가시켜 난류가 되기 직전상태인 임계점을 찾는다. 반대로 하임계는 난류 상태에서 유량을 감소시켜 층류가 되기 직전인 임계점을 찾는다.
상임계, 하임계에서 각각 임계점을 찾은 후 유량을 측정한다. 실험을 각각 5번씩 반복하고, 실험 시 실험장치에 충격이 가해지지 않도록 주의한다.
레이놀즈수는 유체 유동의 흐름의 특성을 나타내는 척도로서 유체의 밀도, 점성계수, 관의 직경, 유체의 속도에 영향을 받는다. 실험에선 밀도, 점성계수, 관의 직경은 고정된 상태로 속도만 변경하여 측정을 하였다. 실험값으론 상임계에서 유량은 평균 3.165E-05가 나왔다.
이때 레이놀즈수는 평균 4498이 나왔고, 하임계에서 유량은 평균 1.239E-05가 나왔으며 레이놀즈수 평균은 1761이였다.
유량은 유속과 비례하므로 유속과 레이놀즈수가 비례한다는 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 또한 레이놀즈수가 높으면 높을수록 유동은 층류보다는 난류가 되는 특성을 확인할 수 있었다.
즉, 레이놀즈수가 낮을 땐 유체의 움직임이 규칙적이지만, 높을 땐 움직임이 불규칙해지고 유속분포가 일정하지 않다는 것을 의미한다.

참고 자료

레이놀즈수 실험교안
서상호 외 7명, 유체역학, 텍스트북스, 2014, pp46, 347