[자연과학][이동현상실험] 레이놀즈 실험[Reynolds Number]

Reynolds Number
◎ 목적
레이놀즈 실험에서는 관수로 내의 흐름을 Reynolds의 원 실험에서처럼 색소주입으로 층류와 난류로 구분하여 식별함과 동시에, 층류와 난류의 개념을 이해하며, 층류와 난류의 경계선이 되는 한계흐름(critical flow)에 해당하는 한계유속과 한계 Reynolds 수(critical Reynolds number)를 결정하는 데 목적이 있다
◎ 이론
유량 : 관 속으로 유체가 흐를 경우 흐르는 방향에 직각인 임의의 단면을 단위시간에 흐르는 유체의 양
평균유속 : 유량을 유로의 단면적으로 나눈 값
임계속도 (Critical Velocity) :층류(Laminar Flow) 또는 점성류(Viscous Flow)에서 유속이 점점 빨라짐에 따라 난류(Turbulent Flow)로 전이되는 지점의 속도
⑴ 유체의 유속
: 유량 [] : 유로의 단면적
: 평균 유속 []
: 관의 내경 []
직경이 D인 원형 관에서 부피유속을 흐름의 단면적으로 나누면 평균유속을 구할 수 있다.


중심부분에서는 최대속도와 평균속도 사이에 대체로 다음과 같은 관계가 성립한다.


⑵ 레이놀즈 수 (Reynolds Number)
유체의 흐름 상태는 유로의 모양과 유체의 성질에 따라 달라진다. 원관에 유체가 흐를 경우 관의 내경과 평균유속, 유체의 밀도와 점도로서 나타낼 수 있으며 다음과 같이 레이놀즈 수(Reynolds Number,)를 정의한다.
where,

Table 1-1. 흐름종류에 따른 Reynolds Number의 변화
흐름종류
흐름조건
Re. Number 범위
…

① Stop Watch

② Thermometer

③ Beaker

④ Mass Cylinder

⑤ Tracer (Dye or Ink)

① 물을 탱크에 넣고 관의 밸브를 조절하여 정상상태에 도달할 때까지 기다린다.

② 배출구를 통해 나오는 유체의 유량을 측정하여 유속을 계산한다.

③ 잉크를 흘려보내면서 흐름의 모양을 관찰한다. 이 때 tracer (dye or ink)는 유체 흐름에 영향을 주는 것을 사용해서는 안 된다.

④ ②,③의 실험을 수회 반복하여 평균값을 얻는다.

⑤ 유속을 차차 증가시켜 가면서 위의 실험을 되풀이 한다.

① Q (유량) 구하는 방법

② U (유속) 구하는 방법

③ Re (레이놀즈 수) 구하는 방법