단일구의 침강속도측정

소개글

이 실험에서는 중력 하에서 크기와 종류가 다른 단일구가 서로 다른 액체를 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 항력, 항력계수, Reynolds수와의 관계를 알아보고자 하였다.

목차

요약
키워드
1.실험목적
2.이론
3.실험장치 및 방법
4.실험결과 및 고찰
5.결론
6.사용기호
참고문헌

본문내용

2.1 항력 계수(Drag coefficient)

관이나 유로를 통한 유체 흐름에서는, 속도두 × 밀도에 대한 전단응력의 비로 정의되는 마찰계수가 유용하다. 잠긴 고체에 대해서는 마찰계수에 상응하는 항력계수(drag coefficient)가 유용하다. 흐르는 유체 중에 매끈한 구가 잠겨있고, 이 구에 접근하는 흐름은 고체 경계로부터 충분히 떨어져 있어서 유속이 균일하다고 하자. 흐름 방향에 직각인 평면에 직각인 평면에 대한 고체의 투영면적(projected area)을 로 표기한다. 구의 투영면적은 원의 면적과 같으므로, 지름을 라 하면 이다. 마찰계수 f를 와 속도두 × 밀도의 비로 정의한 것처럼, 항력계수 를 /와 밀도 × 속도두의 비로 정의한다.
여기서 = 물체에 접근하는 흐름의 유속( 는 투영면적 전체에서 일정하다고 가정)

입자의 형상이 구가 아니면, 그 크기와 기하학적 형태, 유체의 흐름 방향에 대한 배향(orientation)을 규정해야 한다. 중요한 기본 치수로는 특성 길이(characteristic)와 이 기준 치수에 대한 비를 사용한다. 입자가 원기둥형(cylinder)인 경우, 지름 D를 기준 치수로 사용하고, 특성 길이는 L/D 비로 나타낸다. 입자와 L인 원기둥에서 축이 흐름 방향에 직각으로 배향되었다면, 투영면적 = L가 된다. 실린더 축이 흐름 방향에 평행으로 배향된 경우에는 = 가 되어, 지름이 같은 구의 투영면적과 같아진다. 차원해석에 의하면, 비압축성 유체 중에서 매끈한 고체의 항력계수는 Reynolds 수와 형상비(shape ratio)에 따라 달라진다. 특성 형상인 경우,


형상과 배향이 다르면, 와 의 관계도 달라진다. Reynolds 수가 낮은 매끈한 구의 경우에는 대략적 이론식이 있지만, 일반적으로는 와 의 관계를 실험에 의해 구한다. 압축성 유체에서 Mach 수가 0.6 정도 이상일 경우에는, Mach 수에 따라 항력계수가 증가한다. 초음속 흐름의 항력계수는 일반적으로 아음속 흐름에 비해 크다

참고 자료

(1) Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, Unit Operations of Chemical Engineering, McGraw Hill Korea, 2005, P134~135,143.
(2) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, 사이텍미디어, 2000, p405~407.