유량 측정 실험.

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1 유량 측정 실험

2 실험 목적 유체의 흐름에 있어서 벤츄리관, 급확대관, 오리피스관, 엘보우 및 면적식 유량계를 이용하여 베르누이 방정식에 의한 이론의 적용 및 유량측정 실험을 한다.

3 관련 이론 (1)Venturi meter 벤츄리 미터는 관수로를 통해 흐르는 유량을 측정하고, 유량계수를 결정하며, 단면변화에 따른 수두손시을 확인하기 위한 싦험에 사용되는 계기이다. 흐림은 점축소부와 목부 및 점확대부를 통하여 이루어지고, 목부의 단면은 주관로의 단면보다 작아 유속은 증가하고 압력은 강하하게 된다.

4 관련 이론

5 관련 이론

6 관련 이론 (2)급확대관(sudden expension)
유로의 물이 작은 지름에서 갑자기 큰지름의 관으로 유동할 때 와류와 박리로 인하여 큰 에너지 손실이 발생한다.

7 관련 이론

8 관련 이론 (3)Orifice 유량의 조절 ·측정 등에 사용되며, 가공하기 쉬워 보통 원형으로 만든다. 지름 D인 유관(流管) 도중에 관의 지름 d(D＞d)의 오리피스를 삽입하면, 그 직후에서 유속이 변화하여 압력이 떨어진다(베르누이의 정리). 오리피스의 바로 앞과 직후에서의 유체의 압력차를 검출함으로써 유량을 구할 수 있다. 또, 그것을 모니터로 하여 유량을 조절할 수도 있다. 기화기의 연료유(燃料油) 도입부분을 비롯하여 공기 ·증기 ·기름 ·가스 등의 유량제한에 쓰인다. 기체의 공급원과 배기펌프 사이의 관에 오리피스를 덧대면, 그 사이에 적당한 압력기울기를 형성시킬 수 있다.

9 관련 이론

10 관련 이론

11 관련 이론

12 관련 이론

13 관련 이론 ◎유랑계의 종류 1. 차압식 유량계 (1) 측정원리 비압축성 유체가 관내를 난류하지 않고 마찰도 없고 외부와도 에너지의 교환이 없는 것으로 하고 중력만이 외력으로서 일한다고 하면 관내의 임의점에서 베르누이 정리가 성립한다. (2) 특징 차압방식은 구조가 간단하며 가동부(可動部)가 거의 없으므로 견고하고 내구성(耐久性)이 크며 고온, 고압, 과부하에 견디고 압력손실도 적다. 구조가 간단하므로 상사법칙(相似法則)의 적용이 되고 임의의 유체에서 교정한 값을 Reynolds number의 보정에 의해 他의 유체에도 사용할 수있다. 사용법이 적정하면 정도(精度)도 좋다. 이와 같은 특성 때문에 공업용으로 대단히 많이 사용되고 있다.

14 관련 이론 2. 면적식 유량계 측정원리 수직으로 설치된 taper관의 사이를 측정유체가 밑에서 위로 흐르면 taper관내에 설치된 float는 유량의 변화에 따라 상하로 이동된다. 이 float 움직임을 검출하여 유량을 구한다. (2) 특징 - 차압식 유량계에 비해 적은 유량, 고점도의 유량측정이 가능하다.- 유량눈금은 원리적으로 균등눈금으로 되고 유효측정 범위를 최대 눈금의 %로 취할 수 있다.

15 관련 이론 3. 전자식 유량계 측정원리 자속밀도 B의 자계중에 내벽을 절연물로 덮어씌운 반지름 d인 측정관을 관축방향이 자계와 직교하도록 자계와 흐름의 방향에 각각 직각이 되도록 관벽에 설치된 1대의 서로 마주 본 전극간에 전압이 발생한다. (2) 특징 -유체의 온도, 압력, 밀도, 점도의 영향을 받지 않고 넓은 측정범위에 걸쳐서 체적유량에 비례한 출력신호가 얻어진다.-검출기는 흐름을 막는 것이나 가동부가 없으므로 적절한 lining재질을 선정하면 slurry나 부식성 액체의 측정이 용이하다.- 압력손실은 없고 다른 유량계에 비해서 상류측 직관부도 짧아서 좋다. - 정/역 양방향의 유량이 측정되며 응답의 지연도 없다. - 기체, 기름등 유전성이 없는 유체의 측정은 할 수 없다.

16 관련 이론 4. 초음파 유량계 측정원리 관로의 외부에서 유체의 흐름에 초음파를 방사하고 유속에 따라 변화를 받은 투과파나 반사파를 관외에서 받아들여 유량을 구하는 것이다. 측정원리로부터 크게 구별해서 실용화되어 있는 대표적인 두가지 방식이 있다. ①전반 시간차 방식 : 초음파가 유체내를 통과하는 속도는 유체의 평균유속과 일정한 관계가 있다. 이 통과 시간을 측정한 다음 유속과 관지름에 의해 유량을 구한다. ②도플러 방식 : 진동원과 관측점의 상대운동에 의해 음, 광 등의 주파수가 변화한다고 하는 도플러 효과를 이용하여 초음파에 의해 유량을 측정한다. (2) 특징 - 관로의 외벽에 검출기를 부착하는 방식으로 이미 설치된 배관로를 가공할것도 없이 또 흐름을 멈출것도 없이 유량측정이 가능. - 검출기는 유체와 비접촉이므로 부식이나 부착물 등의 걱정이 없다. 또 흐름을 방해 하는 것이 없으므로 압력손실이 없다. - 유속분포의 혼란이 측정 정도에 영향이 된다. 그 때문에 검출기 부착부에는 상류측, 하류측에 소정의 직관장이 필요

17 관련 이론 5. 터빈 유량계 측정원리 원통상의 유로속에 로터(회전날개)를 설치, 이것에 유체가 흐르면 통과하는 유체의 속도에 비례한 회전속도로 로터가 회전한다. 이 로터의 회전속도를 검출하여 유량을 구하는 방식이다. (2) 특징 - 일반적으로 공업계측용에는 회전부의 기계적 마찰이나 유체저항력이 적은 축류식의 높은 정밀도를 가진 터빈 유량계가 사용된다. - 청정에서 유체저항이 적은 저점도 액체에 가장 적합하다.- 로터의 응답이 빠르고 유량에 비례한 고분해능의 펄스신호가 얻어진다. - 유량계의 상류측에 정류장치를 사용한 20D (D: 관로의 호칭지름) 이상인 수평인 직관부를 설치, 게다가 이물질의 혼입에 의한 로터의 파손을 방지하기 위해서 직관부 입구의 직전에 여과기를 설치할 필요가 있다.

18 관련 이론 2. 면적식 유량계 측정원리 수직으로 설치된 taper관의 사이를 측정유체가 밑에서 위로 흐르면 taper관내에 설치된 float는 유량의 변화에 따라 상하로 이동된다. 이 float 움직임을 검출하여 유량을 구한다. (2) 특징 - 차압식 유량계에 비해 적은 유량, 고점도의 유량측정이 가능하다.- 유량눈금은 원리적으로 균등눈금으로 되고 유효측정 범위를 최대 눈금의 %로 취할 수 있다.

19 관련 이론 6. 용적식 유량계 측정원리 회전자와 피스톤 등의 가동부와 그것을 둘러싼 케이스 사이에 형성되는 일정 용적의 공간부를 되 모양으로 그안에 유체를 가득 채워 그것을 연속적으로 유출구로 내보내는 구조로, 계량 회수로부터 용적유량을 측정한다. (2) 특징 - 원리적으로 적산형 유량계이다. 특히 고점성 액체에 있어서 고점도이며 거래용이나 표준 유량계로서도 사용된다. - 유량계의 설계부의 관로에 직관부를 필요로 하지 않는다.- 유로에 가동부가 있으므로 회전자와 케이스간에 고체가 위에 끼지 않도록 유량계 입구에는 반드시 여과기를 설치할 필요가 있다. 이로 인해 압력손실이 비교적크다.

20 관련 이론 7. 소용돌이 유량계 측정원리 유체의 흐름에 수직으로 주상물체 (소용돌이 발생체)를 눌러 끼우면 그 물체의 양쪽에서 서로 역회전의 소용돌이가 서로 교대로 발생하고 하류에 Karman 와열이 형성된다. 이 소용돌이의 주파수는 어느 레이놀즈수의 범위에 있어서 유속에 비례하는 특성을 가지고 있기 때문에 소용돌이 주파수를 검출하는 것으로부터 유량을 측정할 수 있다. (2) 특징 - 출력신호는 유량에 정비례하고 펄스 출력이 얻어진다. - 출력신호는 체적유량을 지시하고 온도,압력,유체의종류에 영향을 받지 않는다.- 적용 레이놀즈수의 범위가 넓고 정밀도가 좋다. - 흐름의 압력손실은 비교적 적으나 유속 분포의 영향을 받으므로 상류측에는 관로상황에 따라 15D - 40D 이상, 하류측에는 5D의 직관장이 필요하다.

21 실험 장치도

22 실험 방법 ➀유량 측정장치를 수리시험대에 올려놓고 수평 조절나사로 수평을 맞춘다.
➁급수 콘넥터를 수리실험대의 급수고에 연결한다. ➂배수 호스를 수리실험대의 계량수조에 넣는다. ➃수리시험대를 작동시킨다. ➄수주마노메타의 에어 벨브를 잠그고 수리시험대의 유량조절 벨브를 열어 관로에 물을 채우고 유량계를 관측하며 필요유량을 맞춘다. ➅수주마노메터의 에어 벨브를 살짝 열어 압축된 공기를 배출시키며 수주가 중간정도의 높이가 되면 에어 벨브를 닫는다. ➆단계적으로 유량을 조절하며 수주의 높이를 측정하여 ∆h를 구하여 기록한다.

23 관련된 계산식

24 실험 결과 1. 측정값을 정리하여 기술하시오. 2. 각각의 유량 측정 장치에 대해서 결과치를 비교 검토하시오
3. 이론치와 실험치를 비교하시오 4. 유량 측정 실험에 대해서 고찰을 쓰시오