레이놀드실험

목차

1.요약
2.서론
3.이론
4.실험장치 및 방법
5.실험결과 및 토론

본문내용

실험 요약
유체의 흐름을 통하여 층류와 난류, 전이영역에서의 레이놀드 수를 구하고, 유체흐름 특성을 관찰하였다. 관 밸브를 조금 열었을 때의 레이놀드 수를 구한 결과 1019.91값이 나왔고, 이 때의 흐름은 섞이지 않고 일정했다. 관 밸브를 완전히 열었을 때의 레이놀드 수는 7358.38이었다. 이 때는 잉크가 흐트러진 흐름이었다. 또한 밸브를 서서히 잠그다가 잉크의 흐름이 한 선으로 변할 때의 레이놀드 수는 3447.57로 계산되었다. 그리고 문헌치에는 레이놀드 수가 2100보다 작을 때는 층류, 2100과 4000사이일 때는 전이영역, 4000보다 클 때는 난류라고 하였고, 실제 진행한 실험에서도 이와 같은 결과를 얻었다.

서론
레이놀드 실험 장치를 이용해 층류, 난류에서의 흐름 특성을 파악할 수 있고 전이영역의 구간을 관찰할 수 있다. 또한 각각의 흐름에서 레이놀드 수를 구할 수 있고 레이놀드 수는 물체를 지나는 유체의 흐름 또는 유로 속에서의 유체흐름의 관성력과 점성력의 크기의 비를 알아보는 데 쓰인다. 이는 Osborne Reynolds가 처음 도입하였고, 흐름 상태는 레이놀드 수에 의해 크게 달라지므로 레이놀드 수는 흐름의 특징을 결정하는데 가장 중요한 조건이 된다.

이론
관이나 도관에서 액체의 흐름은 두 가지 양상으로 나뉜다. 이러한 두 가지 흐름 양상을 1883년 ‘Osborne Reynolds’가 처음 실증하였다. 유리벽으로 된 탱크 안에 물을 채우고 유리관을 수평으로 설치한 다음, 밸브로 유량을 조절했다. 관 입구에는 물감이 들어있는 플라스크를 설치하여 물감이 관 입구에 주입되어 흐르도록 실험 장치를 설계하였다. 유량이 작을 때는 물감이 흩어지지 않고 곧은 실 모양을 그대로 유지하면서 흐르게 되는데 이를 층류라고 하였다. 반대로 유량이 증가하여 임계유속에 도달했을 때는 물감이 더 이상 실처럼 흐르지 못하고 점점 흩어지면서 교차흐름과 에디를 형성하는데, 이러한 흐름 양상은 난류라고 하였다. 매끈한 원관에서 흐름의 양상이 바뀌는 조건을 조사한 결과, 층류가 난류로 바뀌는 임계유속은 관 지름, 유체의 점도와 밀도, 평균 유속의 양에 따라 달라졌다.

참고 자료

Warren L.McCabe 외 2명, 단위조작 7판, 이화영 외 2명 역, 맥그로힐에듀케이션코리아 유한회사, 서울, 2017, pp. 45-46.