분야
hwp1.실험 목적
2.실험 이론
3.실험 기구
4.실험 방법
5.실험 결과
6.결과값의 고찰
7.고찰 및 평론
8.참고 문헌
1. 실험 목적
베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 이에 관한 식을 유도해낼 수 있고, 실험을 통하여 이를 확인하고 계산해본다. 유량 및 유속 측정에 유용한 Venturi-Meter, Pitot Tube 등의 사용법 및 원리를 이해함으로써 실제 공정상의 유체흐름에 대하여 이해한다.
2. 이 론
⑴ Venturi Meter
차압식 유량계의 일종인 Venturi 유량계는 관로 일부분의 단면적을 축소시켜 유속과 압력과의 크기가 바뀌게 되는 원리를 이용하여 관의 단면 축소 전후 압력의 차이를 측정함으로서 유속과 유량을 측정한다.
< Assumption >
① 유체는 미소구간 내의 압력변화를 무시할 수 있는 비 압축성 유체이다.
② 축일(Shaft Work)은 없다.
③ 정상상태의 흐름이다.
④ 유량계는 수평흐름이다.(Horizental Flow)
⑤ 파이프 내에 마찰손실이 없다.
⑥ 완전 발달 흐름이다.(Fully Turbulent Flow : )
가정에 의해 식은
로 쓸 수 있고, 그러므로
연속방정식 이므로,
where,
앞의 두가지 식들을 대입하여 정리하면
에 대해 정리하면
위 식은 마찰이 없는 비 압축성 유체에 엄격히 들어 맞는다. 작은 값이지만 마찰손실을 고려하기 위하여 실험인자 (Venturi Coefficient)를 도입하여 수정하면,
위 식을 이용하여 부피유량을 계산하여 낼 수 있다.
⑵ Pitot Tube
피토관은 유선에서의 국부속도를 측정하는 기구이다. 축일이 없는 평행흐름을 가정했을 때, 비 압축성 유체에 대한 Bernoulli 식은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Where, : 국부속도
마찰손실을 무시하고 국부속도에 대하여 정리하면 아래 식으로 정리된다.
다른 유량계와 마찬가지로 위 식은 실제에 꼭 적용되지는 않는다. 따라서 보정인자를 사용하여 그 정확도를 높일 수 있다.
주의해야 할 것은 오리피스 및 벤튜리 유량계에서는 전체 흐름의 평균속도를 측정하는데 비하여, 피토관은 단지 한 점에서의 속도를 측정한다는 것이다. 속도는 파이프의 단면에서 위치에 따라 달라진다. 그러므로 피토관을 이용하여 평균속도를 구하려면, 관 중심에서의 최대속도를 구하여 계산이나 그래프를 이용해야 한다.
- 화공현상실험 (단국대학교 공과대학 화학공학과)