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기계공학실험 - 관수로, 열전달 실험

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작성일17-12-07 10:55

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(34)
여기서 마찰손실계수 f는 f〓64/Red(층류) 혹은 f〓0.316/Red0.25(난류)로 표현된다

§ 밸브에서의 손실수두

밸브 내부에서의 유체유동은 대단히 복잡하며, 에너지 손실은 밸브의 종류 및 제장상태는 물론 밸브의 개방정도에 따라서 크게 달라진다. 이러한 복잡성을 피하기 위하여 다음과 같은 간단한 형태로 표시한다.

§ Orifice 시험

Orifice 내의 유동유체가 비압축성 유체일 경우 베르누이 방정식을 적용하면
(18)
이다. 식(10)을 (9)에 대입하면

(12)
여기서 이고 CQ는 유량계수이다.
(13)
(14)
따라서 V₁〓(A₂-A₁)V₂이고 Z₁〓Z₂이라 가정하면
(15)
이다.

실험결과/기계


설명
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기계공학실험 - 관수로, 열전달 실험

1. 실험목적

이번 실험은 여러 가지 관내에서의 유량에 따른 손실을 관로 내의 흐르는 유체의 현상을 마노메타를 통하여 측정(measurement)하여 덤프에서 들어오는 유량과 시스템 내에 들어가는 유량 그리고 웨어로 넘치는 유량을 측정(measurement)하여 관로를 통한 흐름의 관마찰 측정(measurement)실험, 유량 측정(measurement)실험 등을 연속방정식, 베르누이 방정식에 관련된 모든 실험을 하여 여러 관내에서의 유량계수를 측정(measurement) 할 수 있다. 즉, 밸브를 부분적으로 개방시킨
기계공학실험 - 관수로, 열전달 실험

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순서

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다. 따라서 노즐에서의 유속은
(16)
여기서 Q〓A₂V₂ 이므로 이상 유량은
(17)
으로 표현된다 실제유량은

단, CQ는 A₂/A₁에 의해서 결정되는 NOZZLE의 유량계수이다. 이를 정리(整理) 하면
(8)

따라서 유량 Q는
(9)
를 얻는다.
한편 관의 단면이 일정하고 관이 수평으로 놓여 있을 때는 식 (32)로부터
(33)
가 얻어진다.
Dancy는 길고 곧은 원관 내의 물을 유동에 관한 실험을 통하여 수두손실 hL이 속도수두 V²/2g와 관의 길이 L에 비례하고 관의 직경 d에는 반비례함을 확인하여 다음 식을 제시 하였다.

2. 기초theory

I) 유량측정(measurement)실험

§ Venturi Meter 시험

연속방정식과 베르누이방정식을 사용하여 Q를 계산한다. 위치에너지가 같다고 가정하면
(19)
으로 표현된다 여기서 단면수출계수 와 Q₁〓Q₂(Q〓AV)를 이용하면
(20)
식(19), (20)에서 V₁을 소거하면
(21)
V₂에 관하여 풀면
(22)
그러나 V₂는 이상유체의 속도이다.
(26)
식 (26)은 다음과 같이 간단하게 표현된다
(29)

여기서 압력 이고 이므로 실제 유량은
(30)
§ Nozzle 시험

관내의 비압축성 유체 (Incompressible fluid) 흐름은 베르누이 방정식으로 분석되어 진다. 따라서 실제속도 V₂를 구하기 위하여 수정계수 Cv를 곱하면
(23)
실제유량 Q`〓AV`에 의하여
(24)
여기서 Cd〓CvC0 압력의 항을 수은마노메타의 항으로 나타내면
(25)
그러나 실제실험에 있어서 두계수 CD, CV를 따로 측…(생략(省略)) 정하기는 어렵다.

2) 마찰손실 측정(measurement)실험

§ 직관의 손실수두

비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베르누이 방정식이 성립한다. P₁-P₂를 액주계의 높이 R로 표시하면
(10)
를 얻는다.
연속방정식
(5)
베르누이 방정식
(6)

Z₁〓Z₂, V₁〓(A₂/A₁)V₂를 식(6)에 대입하면
(7)
이다.
(32)
여기서 hL은 마찰손실수두(friction) 또는 손실수두(head loss)라 하며, 단위중량의 유체가 1에서 2까지 가는 사이에 잃어버린 역학적 에너지의 양이다.

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