[공학] 유체역학 실험 - 레이놀즈 수 측정

레이놀즈 수 측정

1. 실험 목적

실제 유체의 유동은 점성에 의한 마찰로 인해 이상유체의 유동보다 대단히 복잡하다. 점성의 영향은 유동을 방해한다. 점성유동은 층류와 난류로 구분된다. 본 실험은 파이프 내의 유체의 유동상태와 레이놀즈 수와의 관계를 이해하고, 층류와 난류의 개념을 이해하며, 임계 레이놀즈 수를 계산하는데 목적이 있다.

2. 실험 관련 이론

유체역학에서 레이놀즈 수(Reynolds number)란 1883년에 이를 제안한 Osborne Reynolds(1842-1912)의 이름을 따서 명명되었는데 관성의 의한 힘과 점성에 의한 힘의 비로서, 주어진 유동 조건에서 이 두 종류의 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타낸 다.
레이놀즈 수는 유체 동역학에서 가장중요한 무차원 수 중 하나이며, 다른 무차원 수들과 함께 사용되어 동적 상사성(dynamic similitude)을 판별하는 기준이 된다. 두 유동 패턴이 기하학적으로 상사일 때, 이 두 유동의 주요 무차원 수들이 동일한 값을 가지면, 이 두 유동이 동적 상사성을 가졌다고 말하며 이 두 유동은 그 형태가 유사하게 된다.
Fig. 1 층류와 난류
유체유동은 크게 두 …(생략)

3. 실험장치 및 방법

(1) 레이놀즈 수 측정장치, 염료, Mass Cylinder, Stop Watch, 온도계

(2) 유리관의 직경

(3) 염료조절밸브를 열어 염료가 유동관찰배관 내로 흐르도록 한다.

(4) 상임계 레이놀즈 수의 측정(층류→난류)

1) 유량조절밸브를 적당히 잠궈서 관찰배관 내의 유동이 층류가 되도록 한다.

2) 유량조절밸브를 서서히 열어 파이프 내의 물의 유속을 증가시킨다.

3) 층류에서 난류로 넘어가는 직전의 상태에서 유량조절밸브를 고정시키고 Mass Cylinder 및 Stop Watch로 유량을 정확히 측정한다.

4) 위의 절차를 5회 이상 반복하면서 결과를 측정한다. 실험 시 실험장치 주