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[레포트(report) ] [단위조작실험보고서]-관 마찰계수[1]

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작성일18-04-17 01:55

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실험 결과값에 따라 관의 직경이 크면 그




실험결과/기타




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다.
하류로 갈수록 이 영역은 성장하고 속도분포도 역시 변한다. 함수 f는 마찰계수라고 부른다. 관에서의 마찰 문제는 일반적으로 실험적으로 해결되어야 한다. Reynolds 수 Re는 일반적으로 average(평균)속도 V와 관 직경 d 및 동점성계수로 계산된다된다. 그러나 결국 속도분포는 더 이상 거리에 따라 변화하지 않으며 u*〓u*로 표현되는 평형분포가 확립된다된다.

제가 실험한 값에 따라서는 마찰계수는 다소 오차가 있었지만, 실험으로 얻은 수치를 보면 유량이 증가할수록, 또한 유량의 증가에 따른 레이놀즈 수의 증가에 따라 관의 마찰계수는 줄어들었다. 이러한 마찰의 손실의 예측은 유체역학에서 중요한 문제 중의 하나이다.
함수 u*는 이전의 논의에 따르면 관 유동을 속성 짓는 적절한 Reynolds 수에 여전히 의존한다.














3. 실험 1)에서 관의 직경이 커짐에 따라 마찰계수는 어떠한 영향을 미치는가?
* 이론(理論)
마찰계수 f 는 레이놀즈 수에 영향을 받는데 여기서 속도가 일정하다고 가정 하에 직경(D)이 커지면 레이놀즈 수가 커지게 되고 레이놀즈 수가 3000~3×106인 범위인 난류에서 마찰계수는 란 식으로 구할 수 있게 된다된다. Re대 f의 곡선을 결정하고 나면 어떤 유량에서 어떤 관 내 의 마찰손실도 식 (3)으로부터 계산할 수 있따 현재의 논의는 속도분포가 완전히 발달되었거나 길이방향을 따라서 균일한 “긴”관에 국한한다. 이러한 질문에 접근하기 위하여 다음의 실험상황을 고려한다. 속도분포가 거리에 무관해지면 압력구배 도 역시 상수가 될 것이다. 큰 유체 탱크가 일정한 지름의 긴 관에 연결되어 있으며 탱크에 압력이 작용하여 정상유동을 일으킨다. 그것은 매우 복잡한 문제이다. 이에따라 마찰계수가 줄어든 만큼 관내의 압력손실도 줄어들었음을 알수 있었다



4. 실험 1)에서 레이놀즈수가 증가함에 따라 마찰계수는 어떠한 영향을 미치는가?
* 이론(理論)
마찰계수는 레이놀즈 수가 증가함에 따라 감소한다. 이 경우에 대하여 결정된 마찰계수는 각 단면에서 유동이 급격히 변하는 관 입구 부분이나 가 속항 이 무시될 수 없는 유동에는 적용할 수 없다. 여기서 Re가 커지면 f는 작아지게 된다된다. 어떤 관을 지나는 유체 유동에서 관을 따라 두 위치에서 압력이 축정된다면 유동 방향으로 압력이 감소되는 것을 알 수 있따 이런 압력감소는 관 벽에 대한 유체의 마찰에 의하여 야기된다된다. 따라서 직경(D)이 넓어지면 마찰계수(f)는 작아진다.
물론 이 구배도 속성 Reynold 수에 의존한다. 관 입구 근처에서 유동은 오랫동안 점성의 영향을 받지 않았으므로 속도분포는 벽 전단으로 인하여 감속되는 벽 근처 영역을 제외하고는 관을 가로질러 비교적 일정하다. Re에 대한 f의 실제 의존성은 실험으로부터 결정된다된다. 즉
(1)
이다. 관의 길이ℓ을 지나는 압력 강하 Δp는 다음과 같이 손실수두 로 표현할 수 있따
(3)
여기서 f는 f(Re)이다. 문제의 속성 길이는 관 직경 로 택…(투비컨티뉴드 ) 하여 이며, V가 관로의 average(평균)속도일 때 무 차원 압력은 이 되도록 택한다. 이를 마찰손실이라 한다. 속도분포와 유사하게 압력구배도 입구영역에서 변한다.
순서

실험보고서


1. 직관에서의 유체의 마찰손실

1. 기계적 에너지 수지식에 대하여 설명하여라.

2. 마찰손실에 대하여 설명하여라
마찰손실이란, 상대 운동을 하는 두 물체 사이에, 마찰이 일어나 줄어드는 운동 에너지를 통틀어 이르는 말인데, 유체가 관내를 흐를 때 관 내면에 닿는 유체의 분자는 상호간, 혹은 유체와 관 벽과의 마찰로 인해 유체가 갖고 있는 에너지의 일부가 소모된다된다. 또한 마찰계수가 감소함에 따라 직관내에서의 압력손실 역시 감소한다.
완전히 발달된 유동에 있어서 이식은 에 관하여 적분되어
(2)
라는 식을 얻는다.

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