관 마찰 계수 예비레포트

- 실험 이론

 실험에서 원관 내에서의 마찰손실을 측정해보고 관 마찰에 의한 에너지 손실을 정확하게 이해하는 목표를 잡는다.

 

 

- 실험 이론

▶ 베르누이 방정식 (기계적 에너지 수지)

 유체에 대한 일 에너지 압릭이 한 일 w= 유체의 운동에너지 및 위치에너지의 변화량을 의미한다.

 

▷ 베르누이의 효과 : 유체의 속도가 빠를수록 압력은 줄어든다.

- 좁은 관에서 속도가 빠르기 때문에 압력이 낮다.

- 물기둥의 높이 낮다.

- 유속을 측정하는 벤추리 미터의 원리를 이용한다.

 

▶ 마찰계수 선도

매끈하거나 거친 원관의 마찰 특성을 요약하여 마찰계수 선도로 나타내면 아래 그림과 같이 나온다.

 

 

▶ 급 팽창

- 사물의 수량이나 부피 따위가 매우 급하게 팽창함. 또는 그런 팽창.

 

 유로의 단면이 커지면 흐름이 벽에서 분리되어 제트처럼 확대 단면 속으로 분출된다. 이 제트는 팽창하여 큰 유로 단면 전체에 퍼진다. 팽창제트와 유로 벽 사이의 공간에는 경계층의 분리의 특성인 와류운동을 하는 유체가 차게 되는데 마찰이 발생하게 된다. 단면의 마찰 손실 h(fc)는 작은 유로에서의 속도에 비례하며, 공식은 다음과 같다.

 

 

 

▶ 수축에 따른 마찰

 유로의 단면적이 갑자기 줄어들면, 흐름의 조각들은 벽에 접하게 된다. 이때 제트가 형성되어 작은 단면의 정체 유체 속으로 흘러들어 가게 된다. 이 제트는 처음에 수축되었다가 다시 팽창하여 작은 단면에 차게 되고, 수축점 하류에서는 정상적으로 속도 분포가 다시 회복된다.

 제트가 수축했다가 다시 팽창할 때 단면적이 최소인 부분을 베나 콘트랙타라 하며, 이 부분에서 와류가 발생한다.

 급격한 축소로 인한 마찰 손실은 작은 유로의 속도두에 비례하며, 다음 식으로 구할 수 있다.

 

 

실험에 의하면, 층류일 때는 Kc<0.1로서 h(fc)를 무시 할 수 있다.

 

난류일 때는 Kc를 다음 실험식으로 나타낸다.