의한 손실계수는
으로 표현된다.
3. 실험장비
관수로 실험장치 (Pipe Flow Experimental System)
- 실험 장치도면
4. 실험순서
1) 외관도 품번 G의 저수조에 물을 4/5 정도 채운다.
2) 전원을 연결하고 펌프기동스위치를 ON한다.
3) 각 관로 중 실험하고자 하는 라인의 밸브와 유량조절 밸브만 남기고 나머지 밸브 모두 잠근다.
4) 유량조절 밸브로서 알맞은 유량을 조절하고, 실험라인의 밸브로서 라인의 유량을 조절하여 실험을 한다.
5) 각 라인의 실험을 동시에 할 경우 각 라인에 설치된 밸브를 서서히 열어 알맞은 유량으로 조절한 다음 실험을 행한다.
6) 저수조에 펌핑된 물의 양이 많을 경우 고수조에 내장된 사각전 폭웨어를 월류함으로 월류량을 구하여야 한다.
7) 실험 초기에 다관마노메타에 공기를 완전히 빼준다.
8) 각 라인의 유량측정 장치와 관마찰 손실수두를 다관마노메타에 의하여 구하고 B의 면적식 유량계와 비교하여 DATA를 정리한다.
9) 실험이 끝나면 전원을 OFF하고 라인을 정리한다.
5. 실험 결과
기호
측정값
유량
액주계
위어높이
수온
위어유량
액주차
실유량
유량계수
유속
레이놀드 수
Q1
h1
h2
H
T
Q1'
hv
Q1-Q1'
CQ
V1
단위
m3/min
mm
mm
mm
℃
m3/s
m
m3/s
m/s
V-1
0.08
810
795
17
10
1.208×10-3
0.015
1.254×10-4
0.829
0.112
6.478×103
V-2
0.12
1070
1000
22
10
1.782×10-3
0.07
2.181×10-4
0.667
0.195
1.127×104
VENTURI TUBE
기호
측정값
유량
액주계
위어높이
수온
위어유량
액주차
실유량
유량계수
유속
레이놀드 수
Q1
h1
h2
H
T
Q1'
hv
Q1-Q1'
CQ
V1
단위
m3/min
mm
mm
mm
℃
m3/s
m
m3/s
m/s
V-1
0.08
1050
1000
18
10
1.317×10-3
0.05
1.677×10-5
0.15
0.148
1.36×103
V-2
0.12
1110
800
23
10
1.905×10-3
0.31
9.451×10-5
0.339
0.836
7.667×103
NOZZLE METER
ORIFICE METER기호
측정값
유량
액주계
위어높이
수온
위어유량
액주차
실유량
유량계수
유속
레이놀드 수
Q1
h1
h2
H
T
Q1'
hv
Q1-Q1'
CQ
V1
단위
m3/min
mm
mm
mm
℃
m3/s
m
m3/s
m/s
V-1
0.08
900
490
17
10
1.208×10-3
0.41
1.254×10-4
0.563
1.597
1.221×104
V-2
0.12
1220
850
23
10
1.905×10-3
0.37
9.451×10-5
0.447
1.203
9.2×103
급 확대관기호
측정값
유량
액주계
위어높이
수온
위어유량
액주차
실유량
유량계수
유속
레이놀드 수
Q1
h1
h2
H
T
Q1'
hv
Q1-Q1'
CQ
V1
단위
m3/min
mm
mm
mm
℃
m3/s
m
m3/s
m/s
V-1
0.08
915
750
12
10
7.149×10-4
0.165
6.184×10-4
0.308
2.216
1.597×104
V-2
0.12
1000
880
22
10
1.782×10-3
0.12
2.181×10-4
0.127
0.782
5.633×103
급 확대관의 손실수두 8.803×10-3m(유량0.08m3/min)
1.095×10-3m(유량0.12m3/min)
유량 0.08m3/min, 0.12m3/min의 유속(m/s)비교차트.
6. 비고 및 고찰
교제에서 쓰인 관계식은 본 실험 장치와 다른 방식의 액주계를 사용할 때에 사용되는 식이기 때문에 교제에 있는 관계식처럼 액주계의 압력차를 이용해서 유속을 구하고 유량을 구하는 과정이 아닌, 사각위어의 Over flow되는 유량을 이용해서 실제유량을 구하고, 실제유량을 각각의 실험에서 유도된 관계식에 대입하여 유량계수, 유속, 레이놀드 수를 구하는 방법으로 실험값들을 구할 수 있었다.
관계식으로 구한 실유량, 유속을 보면 유량을 증가시켰을 때, VENTURI TUBE와 NOZZLE METER는 실유량과 유속이 증가했지만, ORIFICE METER와 급 확대관은 실유량과 유속이 감소했다. 이것은 VENTURI TUBE와 NOZZLE METER가 관 단면적의 감소 구간에 물의 흐름을 크게 방해하지 않게 축 방향단면이 경사 또는 곡선구조이기 때문이다. 그래서 손실수두가 연속방정식에 따른 실유량과 유속의 증가량보다 적어서 실유량과 유속이 증가한 것이다. 하지만 ORIFICE METER의 실유량과 유속이 감소한 것은 관의 단면적을 감소시키는 구간이 축 방향단면으로 직각이기 때문이다. 그래서 물의 흐름이 크게 방해되고, 즉 손실수두가 연속방정식에 따른 실유량과 유속의 증가량보다 많아져서 이러한 결과가 나왔다. 그리고 급 확대관의 경우는 관의 마찰손실뿐만 아니라 관의 단면적 증가로 연속방적식에 따라서 유속이 감소했다.
연속방정식에 따르면 단면적(A)이 감소한 비율만큼 유속이 증가해야하지만 직경이 4배 감소한 VENTURI TUB에서는 유속의 증가가 약 두 배가 못 되었고, NOZZLE METER에서도 단면적(A)이 10배가량 감소했지만 유속은 6배정도 증가에 그쳤다. 이것은 손실수두에 의한 이상유량과 실유량의 차이를 보여준다.
이번이 비록 첫 관수로 실험이라서 미흡한 점이 있었지만 이 실험을 통해서 관수로로 흐르는 유체 현상을 측정함으로서 관수로에서의 유체현상에 대한 이해에 많은 도움이 되었다. 하지만 실험 횟수가 각 실험별로 2회 밖에 안 되는 횟수로 실험으로 인해서 유체현상을 자세히 분석할 자료가 부족한 점이 아쉬움으로 남는다.
7. 부록(계산식)
VENTURI(1) - 유량 80L/min
VENTURI(1) - 유량 120L/min
nozzle(1) - 유량 80L/min
nozzle(2) - 유량 120L/min
Orifice(1) - 유량 80L/min
Orifice(2) - 유량 120L/min
급 확대관(1) - 유량 80L/min
손실수두
급 확대(2) - 유량 120L/min
손실수두