[자연과학]실험보고서 - 관내 유동 레이놀즈 실험

관내유동실험 1. 실험목적 피토관으로 관로내의 유속분포를 측정하여 관로내 중심속도와 평균속도와의 관계를 파악한다. 저항식 유량계의 관로내 유량측정 원리를 이해하고 오리피스 유량계의 보정 실험을 통하여 보정에 관한 개념을 습득한다. 유량측정상의 불확실성에 대한 오차분석을 수행한다. 2. 실험원리 및 방법 (1) 피토관에 의한 유속 측정 피토관은 구조가 단순하며 저렴한 유속측정 장치이다. 피토관의 측정원리는 다음과 같은 베르누이 법칙에 근거한다. 전체압()과 정압()의 차이, 즉 동압()으로부터 유속을 구한다. (1) 따라서 (2) 여기서 는 동압으로서 마노미터를 이용하여 다음과 같이 측정한다. (h는 마노미터 측정값) (3) 그림 . 피토관의 구조 본 실험에서는 피토관을 관내 중심에서부터 이송하면서 반경 위치에 따른 속도분포를 측정한다. 측정된 속도분포를 반경방향으로 적분하여 단면 평균속도를 계산한다. (4) 그림 . 평균속도 계산방법 중심에서의 속도 는 관로내 최대속도이며, 여기서 계산된 평균속도 는 이보다 작다. 다음과 같은 평균속도와 중심속도의 관계에서 값을 구한다. (5) 이러한 관계를 이용하여 향후 관로내 풍량을 측정할 때 매번 속도분포를 적분하는 번거로움을 피하고 중심속도만을 측정하여 값을 곱해서 풍량을 구한다. 두 번째 실험에서 오리피스 보정실험을 수행할 때, 피토관 중심속도에 의한 풍량을 비교 표준으로 사용한다. (2) 오리피스를 이용한 유량 측정 유동관로내 단면적을 변화시켜 유속변화를 유도함으로써 베르누이 방정식에 의한 압력차이를 측정하여 유량을 측정한다. 연속방정식 : (6) 베르누이 방정식 : (7) 위의 식을 연립하여 목(throat)부분에서의 이론적 유속 를 구하면 다음과 같이 유도된다. 따라서 이론적 풍량은 여기에 목의 단면적을 곱하여 다음과 같이 된다. (8) (9) 그림 . 오리피스의 구조 …
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