관로마찰 실험

1. 관내 유동에 대한 이론적 고찰

1) Fully Developed Flow

관내의 유동은 벽에서 점성에 의해 경계층이 발달되어 관의 중심으로 성장하게 된다. 이러한 경계층이 관의 중심까지 성장하게 되면 이 후에는 관내의 유동의 속도 분포가 더 이상 변화하지 않는다고 가정하게 되는데 이를 Fully developed flow이라고 한다.

2) Entry Length

입구에서부터 Fully developed flow이 발생하는 위치까지의 거리를 말한다. 관의 직경이 d인 경우, Laminar flow의 Entry Length는 약 60d 근처이고 Turbulent Flow는 대략적으로 10d ~ 40d 사이 정도로 입구에서의 유동 조건에 따라 차이가 있다. 이러한 Boundary Layer의 성장은 벽 근처에서의 속도를 감소시키게 되고, 연속 방정식을 만족시키기 위해 관 중심에서의 유동속도는 증가하게 된다. 다음의 그림은 관 내 유동의 발달과정을 모사한 예다.

3) 실제 관내 유동의 특징

관내의 유동을 비압축성, 정상유동으로 가정하고, 관내의 중심에 위치한 Stream Line에 Bernoulli Equation을 적용하면 후류로 가면서 속도는 증가하고 압력은 감소하게 된다. 관내 유동이 Laminar flow인지 Turbulent Flow인지에 따라…