베르누이 법칙 실험

소개글

"베르누이 법칙 실험"에 대한 내용입니다.

목차

Ⅰ. Purpose

Ⅱ. Theory
1. Bernoulli’s Equation
2. Head of the fluid
3. Head loss
4. 손실계수 K
5. manometer

Ⅲ. Data & Result
1. Data
2. Loss Coefficient 계산과정
4. Q vs. K Graph

Ⅳ. Discussion

본문내용

Ⅰ. Purpose
유체가 굽힘, 수축, 확대, 게이트 밸브 등의 pipe fitting을 흐르는 동안 발생하는 에너지 손실에 대한 손실계수를 결정한다.

Ⅱ. Theory
(1) Bernoulli’s Equation
물질 및 에너지의 입출입이 있는 균질한 열린계에 대하여, 미분 에너지 수지는 다음과 같다.

< 중 략 >

(5) manometer
마노미터는 서로 다른 압력에 의해 두 액체 기둥의 높이차로 압력 차이를 구하는 기구이다. 아래 그림과 같이 좌측 튜브에서 더 높은 압력이 가해지면, 우측 액체 기둥의 높이가 더 높아지며, 그 높이 차이는 에 해당하는 압력차를 가진다. 대부분 마노미터의 H단위는 mm이며 cm도 쓰인다. H를 압력 head라고도 부르기도 하고, head의 경우엔 길이 단위이다. 다만 액체 기둥의 경우 온도에 따라 밀도가 달라지므로, 액체의 온도를 지정하거나, 밀도변화가 온도변화에 민감하지 않은 액체를 사용해야 한다.

< 중 략 >

2) 실험2
관 직경의 급속한 확대(sudden enlargement)와 급속한 축소(sudden contraction)의 상황에서 유속에 따라 K값의 변화를 확인하는 실험이다. 일정한 직경의 관을 흐르던 유속이 순간적으로 면적이 좁아지거나, 넓어지면 유동박리 현상이 일어나 면적이 변하는 지점에서 와류가 형성되어 loss가 발생한다.
Q에 대한 K의 그래프를 보면 K값은 유속에 따라서 요동치는 형태로 나타난다. random하게 나타난 이유를레이놀즈 수와 관련 지어 생각해보았다. Turbulent flow의 motion은 Random하다. 일반적인 베르누이 방정식을 보면 유체가 흐르며 생기는 마찰로 인해 유체는 에너지를 잃는다. 파이프와 유체입자와의 충돌과 마찰로 인해 두손실(Head loss)이 생기고 그것이 유체입자와의 충돌 횟수에 비례한다고 가정해보면 5가지 유속은 비슷한 레이놀즈 수를 갖으므로 비슷한 정도의 turbulent flow다.

참고 자료

화공요소실험 매뉴얼, 서강대학교, 2019
화학공학유체역학, James O. Wilkes, 한산, 2008
A.Kayode Coker, 「Ludwig’s Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants(4th edition)」, GPP, 2007, 161~171
Chemical engineering computation with MATLAB, Yeong Koo Yeo, CRC Press
Wilcox, David C. Basic Fluid Mechanics. 3rd ed. Mill Valley: DCW Industries, Inc., 2007. 664-668.