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관로 마찰 실험

등록일 : 2012-04-10
갱신일 : 2012-04-10


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관로 마찰 실험

1. 실험목표 : 수두를 이용하여서 실제 유량과 이론 유량을 측정하여 보정계수를 구하고 유체가 관을 흐르면서 잃어버린 에너지의 양인 손실수두를 측정한다.

2. 실험이론 (이론식)

난류 해석은 매우 복잡하고 어려울 뿐 아니라 이론적 해석과 실험 결과가 잘 일치하지 않으며, 압력 강하는 해석으로 구할 수 없고 실험 결과에 의존하여야 한다. 실제로 유체는 이론과 실험이 완전하게 일치할 수도 없다.
실제 유체에서는 흐름이 대부분 난류이기 때문에 뉴튼의 점성법칙의 의미를 잃게 되며 운동방정식, 속도 성분은 층류 계산과는 다른 방법으로 이루어지게 된다.
그러므로 실험 결과에 의존하여야 하는데, 실험 데이터의 상관 관계식을 구하는 데에는 차원 해석을 하여야 한다.

1) 유량측정실험

유체가 관로를 따라 흐를떄 관의 단면적이 변화하게 되면 관의 단면적변화에 대응하는 유체의 압력변화가 생긴다. 이러한 압력변화를 이용한 유량계를 압력차 유량계라 하며, Orifice meter, Ventury meter, Nozzle등이 이에 속한다. 비압축성 유체가 그림과 같이 단면적이 축소하는 관로를 따라 흐를때, 단면적이 각각 A1, A2인 지점 1,2에 베르누이 방정식과 연속방정식을 적용하면,


와 같은 관계가 성립한다.
우선 유로에서의 에너지손실을 무시하면 유량 Q는 위의 식으로 부터


와 같이 된다.
그러나 실제 유동에 있어서는 관마찰에 의한 에너지손실이 수반되므로 실제 유량은, 윗식으로 계산한 유량보다 작아져 다음과 같이 보정하여 사용한다.



2) 손실수두의 실험

수평원관에서 단면이 급격히 확대되거나 축소할 경우에 발생하는 에너지 손실에 관한 연구는 매우 중요한 의미를 갖고 또한 여러가지 밸브의 마찰에 관한 연구는 우리 생활에 여러 분야에서 사용되는 것을 직접 접할 수 있기 때문에 매우 중요하다. 그 적용분야를 보면 각종 보일러나 발전소의 파이프 라인 등의 에너지 분야, 송유관이나…(생략)

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