고려대학교 기계공학실험II 레이놀즈실험 결과 보고서

목차

1. 결과 및 고찰
A. 레이놀즈수의 물리적 의미를 기술하시오.
B. 레이놀즈수에 따른 유동 형태를 기술하시오.
C. 상한 임계 레이놀즈수와 하한 임계 레이놀즈수가 생기는 원인은 무엇인가?
D. 오차의 원인이 될 수 있는 것을 5가지 이상 제시하시오.
E. 레이놀즈수 이외에 다른 무차원 수를 2가지 이상 제시하고 물리적 의미를 설명하시오.
F. 실험 데이터로부터 유량(kg/s), 유속(m/s), 기압과 수온으로부터 유체의 밀도(수온에 따라 다름), 유체의 점성 계수, 유체의 동점성 계수 등을 산출한다.
G. 결과에 대해 분석하시오.
H. 실험 결과에 진동 및 충격이 미치는 영향에 대해 설명하시오.
I. 본 실험에서 배운 이론과 관련된 기기에 대한 설계 개선 방안을 제안하시오.

본문내용

1. 결과 및 고찰

A. 레이놀즈수의 물리적 의미를 기술하시오.

층류유동(laminar flow)은 유체가 관의 축과 평행한 경로로 매끄럽게 운동하는 유체의 유동형태를 의미하고, 점성력이 지배적인 유동형태로써 교란이 일어나지 않는 흐름을 말한다. 관 내벽과 접촉하고 있는 유체는 정지해 있으며 나머지 모든 층은 미끄러지듯이 흐르는데 관의 중심으로 갈수록 빠른 속도로 운동한다. 층류는 유동 경로의 단면이 비교적 작고, 유동의 속도가 느리며, 점성이 비교적 큰 경우에만 발생한다. 그에 반해 난류유동(tubulent flow)은 관성력이 지배적인 유동형태로 불규칙하게 소용돌이치는 형태의 흐름을 보인다.

유동에 대해 관성력과 점성력 간의 관계를 나타내는 무차원 수를 레이놀즈수라고 하고, 위 식을 통해 알 수 있듯이 유속, 관 직경, 유체의 밀도와 점도에 의해 변하는 유동흐름을 정량적인 값으로 구분할 수 있다. 또한 앞서 설명했던 유동흐름의 형태를 임계 레이놀즈수를 기준으로 구분할 수 있다.

B. 레이놀즈수에 따른 유동 형태를 기술하시오.

관의 재질에 따라 거칠기가 다르고 유체가 흐르는 환경이 일정하지 않기 때문에 관내유동에서 유동흐름을 구분하는 범위는 정확하게 어떤 값이라고 정할 수는 없다. 따라서 유동 환경에 따른 차이를 배제하고 보편적인 조건에서 유동형태별 레이놀즈수 범위를 이용하는 것이 적절하다. 레이놀즈수가 2300보다 작은 경우 층류 형태의 유동 형태를 보이고, 2300~4000 구간에서는 층류에서 난류로 변화하는 형태, 그리고 4000보다 큰 경우 난류 형태의 유동을 보인다. 또한 층류에서 난류로, 난류에서

C. 상한 임계 레이놀즈수와 하한 임계 레이놀즈수가 생기는 원인은 무엇인가?

레이놀즈수를 통해 유동흐름을 구분하기 위해 층류에서 난류로, 난류에서 층류로 변하는 임계구간을 상한, 하한 임계레이놀즈수로 실험을 통해 정한 것이다.

참고 자료

https://www.pfeiffer-vacuum.com
http://nfx.co.kr/
Robert W. Fox, Fluid Mechanics, Ninth Edition, John Wiley & Sons
F.M. White, Fluid Mechanics, Seventh Edition, McGraw-Hill
M.M. Denn, Process Fluid Mechanics, Prentice-Hall