분야
hwp관로 마찰 실험 장치를 이용하여 관내 유동 특성을 이해하고 관의 마찰계수와 이음의 손실계수, 유량계의 토출계수를 구해보고 레이놀주수와의 관계를 파악하고자 한다.
2. 관내 유동에 대한 이론적 고찰
관내의 유동은 벽에서 점성에 의해 경계층이 발달되어 관의 중심으로 성장하게 된다. 이러한 경계층이 관의 중심까지 성장하게 되면 이 후에는 관로내 유동의 속도 분포가 더 이상 변화하지 않는다고 가정하게 되는데 이를 완전 발달된 유동(Fully developed flow)이라고 한다.
입구에서부터 완전 발달된 유동이 발생하는 위치까지의 거리를 입구길이(Entrance length)라고 한다. 관의 직경이 d인 경우, 층류유동인 경우에서 입구길이는 약 60d 근처이고, 난류유동인 경우는 대략 10d~40d 정도로 입구에서의 유동조건에 따라 차이가 있다. 이러한 경계층의 성장은 벽면 근처에서는 속도가 감소하고, 연속 방정식(질량 보존의 법칙)을 만족시키기 위해 관의 중심에서 속도가 증가하게 된다. 다음의 그림은 관내를 흐르는 유동의 대표적인 한 예를 모사한 것이다.