이고 단면적이 클수록 그에 반비례하게 유속이 작아지는 것을 볼 수 있다. 이 두 결과를 통해서 연속방정식이 옳음을 알 수 있다.
6. 결과분석 및 토의
Venturi meter, Orifice meter, Rota meter, Weight-Time Measurement and Supersonic waves Flow meter를 이용하여 유량을 측정하고 유속을 구해보고 가장 정확하다고 할 수 있는 Weight-Time Measurement를 이용해서 계산한 유량값을 기준으로 다른 방법으로 구한 유량값과의 차이를 계산하였다. 이는 Weight-Time Measurement가 정확하다고 가정 했을 때 실험 오차값이 된다.
오차값을 측정한 방법 별로 평균을 냈는데 초음파유속측정기의 오차가 19.89%로 가장 크게 나왔다. 초음파측정기의 수치를 읽을 때 그 값이 일정하지 않고 계속적으로 큰 폭으로 변하였기 때문에 값을 신뢰하기 힘들었다고 할 수 있고, 정확하게 측정하기도 어려웠다. 그 다음으로 Rota meter와 Orifice의 오차가 -10% 전후로 비슷하게 나왔고 Venturi meter의 오차는 -3.28%로 나왔다. (‘-’오차는 기준값 보다 작게나온 것) 이번 실험과 같은 환경에서는 Venturi meter로 측정하는 것이 가장 적합한 방법이라고 할 수 있다.
5, 6, 7, 8회는 18kg의 물을 채우는데 걸리는 시간을 측정했고, 그 값에 1/3을 취해서 6kg의 물을 채우는데 걸린 시간으로 기록했다. (1, 2, 3, 4회는 그 절반) 이때의 측정오차에 절대값을 취해서 평균을 구한 값은 8.09%로 1, 2, 3, 4회의 13.4%의 오차보다 상당히 작게 나왔다. 그리고 대체적으로 측정시간이 길수록 오차값이 적게 나온 것으로 미루어 보아 시간을 측정하는데서 생긴 오차의 비중이 컸던 것으로 생각된다. 시간측정을 할 때 물탱크에 물을 받는 순간부터 물이 모두 차서 추가 올라가는 순간까지의 시간을 스탑워치로 쟀는데 추가 올라가는 순간이 약간 모호해서 오차가 생겼을 것이다. 이는 단순하게 추의 무게를 더 늘려서 물이 차는 시간을 늘리거나 정확하게 시간을 측정할 수 있도록 전자저울 같은 장치를 사용하면 오차를 줄일 수 있을 것으로 생각된다.
다른 오차요인으로는 manometer head 값을 읽을 때 계속 흔들려서 정확한 값을 읽기 힘들었다. 이는 water bench를 구동하는 펌프가 수압을 항상 일정하게 유지시키지 못했기 때문이다. 그리고 물탱크에 물을 모두 비우고 처음부터 채울 때 추를 떨어뜨렸는데 이때 생긴 진동도 유속을 조절하는 밸브를 움직이게 하는 등의 오차요인이 됐을 것이다.
이번 실험에서 여러 가지 방법으로 측정한 값들을 베르누이의 식을 응용해서 만든 식들로 계산하였는데 베르누이의 식은 마찰력이 없는 이상유체일 경우에만 성립한다. 하지만 실제 유체흐름에서는 점성 때문에 마찰이 발생한다. 이번 실험에서는 물의 유량을 측정했기 때문에 물의 점성에 의한, 파이프 내부면과의 마찰에 의해서 손실되는 에너지 때문에 오차가 생겼을 것이다.
또한, 실험 장비속의 이물질과, 기포들로 인한 유량 손실도 오차요인으로 작용할 수 있다.
7. 참고문헌
1) 유체역학 : Alexander J. Smits 저, 허남건 외 공역,시그마 프레스, 2004
2) (주)카스 홈페이지 http://www.casgalileo.co.kr/technical/main.htm?proc=dictonary
3) 위키피디아 http://www.wikipedia.org/
<기계공학실험I>
Water bench를 이용한 유량 측정
학 과
:
기계공학과
학 번
:
20021004
이 름
:
고승환