레이놀즈 수 실험
실험 목적 유체의 유동은 유동특성에 따라 크게 층류유동(laminar flow)와 난류유동으로(turblent flow)로 구분 기본적인 레이놀즈수를 기준하여 특성을 파악하는 기본적인 실험으로서 층류 및 난류를 임의적으로 발생시켜 유동상태를 가시화 하여 레이놀즈수와 유동 형태의 관계를 고찰
관련 이론 가. 유량이란? 유량은 하천이나 개수로(開水路), 관 속을 흐르는 액체에 대해, 유선(流線)과 직 각인 단면을 단위시간에 통과하는 수량(水量)이다. 유수(流水)의 단면적을 A, 유 수의 평균 유속을 V라 하면 유량 Q=AV로 나타내며, 그 단위는 ℓ/s, ㎥/s 등으로 표시된다. 일반적으로 유량은 유체의 부피로 나타낸다. 단위 시간에 어떤 단면을 통과하는 유체의 질량을 질량유량이라고 한다.
관련 이론 나. 층류(laminar flow) 유체의 입자가 서로 층을 이루면서 일정하게 층층히 흐르는 상태를 말하며 이때 물의 유선은 교차 되지 않는다. 유체의 흐름의 속도가 느리고 질서 정연한 흐름으로 관성력에 비해 점성력이 지배 하는 흐름이다.
관련 이론 다. 천이흐름(transitional flow) 레이놀즈 수가 2100과 4000사이에 있는 유동으로 층류와 난류의 상태가 불규칙한 형태로 전환되는 유동이다.
관련 이론 라. 난류(turbulent flow) 유체 입자가 아주 불규칙한 운동을 하며 각 점에서 속도의 크기와 방향이 시간적으로 변동하고 심한 운동량의 변화를 일으키며 복잡하게 흐르는 상태를 말한다. 유체가 급격히 흐르고 무질서한 흐름으로 점성력에 비해 관성력이 지배하는 흐름이다.
관련 이론
관련 이론 레이놀즈 수(reynolds number) 란? ①층류와 난류를 구별 하는 무차원수. ②Re수 = 관성력/점성력 으로서 Re수 가 크면 관성력이 지배하는 흐름, 즉 난류가 되고Re수 가 작으면 점성력이 지배하는 흐름, 즉 층류가 된다.
관련 이론 Re = ρVD / μ = VD /ν 표현된다. 여기에서, Re : 레이놀즈수 ρ: 유체의 밀도 (kg.s ²/m⁴)V : 유체의 평균속도(m/s) D : 관의 직경(m)ν : 동점성계수(m ²/s) μ : 점성계수(kg.s³/m²)
관련 이론 V = Q/A = 4Q / πD²= 4Q / π*0.0215² = 2754.4Q 여기에서, V : 유체의 평균속도(m/s) Q : 유체의 평균유량(m³/s)D : 관의 직경(=0.0215m) A : 측정관의 단면적(m²)
관련 이론 3. 관내 유동상태의 구분 - 층류 : Re < 2100 - 하임계 레이놀즈수 : 2100 - 상임계 레이놀즈수 : 4000
관련 이론
관련 이론 실험 장치도
관련 이론 규격 및 사양
실험 방법 1) 실험 장치를 수평이 되도록 견고하게 설치한다. 2) 급수 코넥터를 실험장치의 수구에 연결한다. 3) 색소공급 밸브를 잠그고 색소 약을 약 4/5정도 채운다. 4) 수조에 물이 약간 월류(over flow)되도록 공급하여 수면이 일정하게 유지되도록 유량조절 벨브로 조절한다. 5) 색소 공급밸브를 열어 관내에 색소가 흐르도록 한다. 6) 유량밸브를 조절하여 색소 액의 상태가 일직선이 되어 흐르면 층류이며 이 때 의 유량(θ1)을 측정하여 기록한다. 7) 계속하여 유량밸브를 열어 색소 선이 일직선에서 흔들리기 시작하면 상임계 레 이놀즈수에 해당되며 이때의 유량(θ2)을 측정하여 기록한다. 8) 계속하여 유량밸브를 열면 색소 선이 완전히 흐트러져 난류이며 이때의 유량(θ3)를 측정하여 기록한다. 9) 계속하여 유량밸브를 충분히 열어 완전한 난류가 되도록 한다. 10) 유량밸브를 서서히 닫아 색소 선이 일직선이 되기 시작하면 하임계 레이놀즈수에 해당되며 이때의 유량(θ4)을 측정하여 기록한다. 11) 수조내의 온도를 확인하여 기록한다. 12) 위의 과정을 반복하여 실험한다.
실험 결과 1. 측정값을 정리하여 기술하시오. 2. 측정된 시간당 유량 데이터를 이용하여 관내 유속과 레이놀즈 수를 계산하고 해당 레이놀즈 수 상태 하에서의 유동 가시화된 색소의 흐름선을 관찰하고 그 모양을 스케치한다. 3. 층유 및 난류 상태에 대한 유동 가시화 결과를 카메라를 이용하여 촬영하고 그 때의 해당 레이놀즈 수를 기재한다. 4. 실험 결과 관찰된 레이놀즈 수와 문헌에 보고된 임계 레이놀즈 수가 잘 일치하는지의 여부를 토론 한다. 5. 실험치와 이론치를 비교하시오. 6. 실험에 대해서 고찰을 쓰시오