[자연과학][실험보고서] 유량측정법에 관한 실험

유량측정법에 관한 실험

1. 실험 목적

본 실험에서는 유동 방해물인 벤츄리 관, 유동노즐의 사용하여 관로 내부의 압력차를 측정하고 압력차로 유량을 구해, 이를 관로 출구에서 피토관을 이용하여 측정된 출구 속도 분포에서 계산되어진 유량 값과 비교 관찰하는데 목적이 있다.

2. 직접적인 유량 측정법

정상상태 (steady)로 관을 통해 흐르는 액체를 일정시간 동안 특정 용기에 모은 후 모아진 액체의 체적을 정하고 이를 소요된 시간으로 나누면 쉽게 유량이 계산된다. 측정시간이 충분히 길고 관내 유동이 정상상태라면 이 방법을 통하여 얻어진 유량은 비교적 정확하다. 그러나 이를 실제 현장에서 응용하기에는 다소 어려움이 있으며, 일반적으로 관내에 방해물을 설치하여 수두손실을 발생시킴으로서 유량을 측정하는 공학적인 방법이 널리 응용되고 있다.

3. 실험 원리 및 이론

(1) 교축유량계의 기본 이론

다음에서 제시된 바와 같이 관내부에 방해물 (노즐)을 설치하면 노즐목 날카로운 모서리에서 유동의 박리현상이 나타나고 하류방향으로 유동의 재순환 현상이 발생한다. 노즐 전방의 주 유동에 단면 1을, 노즐 목 후방유동의 단면적이 가장 좁은 지점에 단면 2를 설정하면, 전방의 주 유동은 단면 1에서 단면 2로 진행하면서 계속 가속하다가 이후 점차 감속되어 관을 채운 상태로 이동하게 된다. 단면 2에서 유동의 단면적이 가장 좁아지고 속도는 가장 빠르게 나타나는데 이를 축류라고 한다. 우선 관내유동을 정상, 비점성, 비압축성으로 가정하고, 단면에 걸친 속도 및 압력이 일정한 조건에서 단면1과 단면2사이에 베르누이 방정식을 적용하면,
따라서
- (1)
연속방정식 을 (1)식에 대입하면,
이미 가정된 비점성 유동에 대한 단면2에서의 이론적인 속도 는,
로 나타나고 이론적인 체적유량 은 (2)식과 같이 주어진다.

- (2)

…

- (3)

- (4)

- (5)