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Intro ......

 

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Index & Contents

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레이놀즈 수(Reynolds Number) 측정 실험

실험 목적

실험 장치의 구조와 실험 순서에 대해서 완벽하게 이해한다.

물을 흐르는 과정에서 유리관 속에서 나타나는 층류 운동과 난류 운동 등의 유체의 흐름을 관찰하고 이해한다.

실험 장치를 이용하여 밸브의 유량, 유속의 변화에 따라 레이놀즈 수 값이 어떻게 변화하는지 지켜보고, 유체흐름과의 관계도 지켜본다.

이론상의 결과와 실제 실험결과를 비교한다.

 

이론 및 원리

뉴우톤 유체가 표면이 매끄러운 긴 관을 지나갈 때 그 유체의 고유한 물성(점도, 밀도)변수가 일정한 항온 조건에서, 유체의 속도가 낮을 때는 유체가 측면 혼합(와류)이 없이 흘러 간다. 이 것은 관 속을 흐르는 물속에 액체 물감(잉크)을 가늘게 흘러 보내면, 육안으로 관찰 할 수가 있다. 이러한 실험 기법을 Flow Visualization이라고 한다. 다시 말해 인접한 층이 다른 층을 지나서 흐른다. 여기에는 종단 흐름이나 소용돌이가 없다. 이러한 상태를 층류라 한다. 유량이 점점 커지면 물감 줄기는 흔들림 현상을 나타내게 되고, 물이 더 이상 층류로 흐르지 않고 교차 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다는 것을 알 수 있는데 유체의 이러한 운동 형태가 난류이다. 층류와 난류의 중간에 애매한 흐름 상태를 전이 영역 흐름 상태라고 한다.

 

1)층류

층류(Laminar Flow)란 유체가 평행한 층을 이루어 흐르며, 이 층 사이가 붕괴 되지 않음을 의미한다. 유체 동역학(Fluid Dynamics)에서는, 유체가 모멘텀 확산(Diffusion)이 높고, 모멘텀 대류(Convection)가 낮으며, 압력 및 속도가 시간에 무관한 유동을 층류라고 한다. 이 용어는 난류(Turbulent flow)와 반대되는 용어이다. 어떤 유동이 층류인지 난류인지를 기술하는 데에 중요한 인자가 되는 것이 무차원 수(Dimensionless Number)인 레이놀즈이다. 내부 유동(Internal Flow)에서는 레이놀즈 수가 약 2,300보다 작은 유동은 층류로 생각한다. 레이놀즈 수가 1보다 훨씬 작은 경우는 스토크스 유동(Stokes flow)이 된다. 이는 층류의 극단적인 경우로서, 유동에서 관성에 의한 힘(Inertial Force)보다 점성에 의한 힘(Viscous Force)의 효과가 훨씬 큰 경우이다. 예를 들어, 항공기의 날개 주위를 흐르는 공기 유동을 생각해 보자. 날개의 표면에는 경계층(Boundary layer)이라고 부르는 아주 얇은 공기의 층이 형성된다. 공기는 점성이 있기 때문에, 이 경계…(생략)

 

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