화학공학실험 | 유체의 물성치 측정 - 물과 글리세린의 점도 및 비중 측정

 

 

 

모든 유체는 종류에 따라 다른 값의 물성치(밀도, 점도…)를 가지고 있다. 그리고 유체 유동에 대해 파악하기 위해선 액체의 물성치인 밀도(비중)와 점도에 대해 알고 있어야 한다. 이번 실험은 유동을 측정하는 실험에서 가장 중요한 유체의 물성치(밀도, 점도)를 측정하는 실험으로 눈금 액체 비중계를 이용하여 액체의 비중을 측정하여 밀도를 알아내고 세관식 점도계의 원리와 동일하게 제작 된 장치를 이용하여 액체의 점도를 측정함으로써 유체의 물성치를 구하는 방법에 대한 이해도를 높이고 다른 값의 물성치가 유체유동에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는 것과 물과 글리세린의 유동상태를 발생시켜 가시화 하여 유량과 유속 점도를 측정하여 레이놀즈수와 유동형태의 관계를 고찰하는 것이 그 목적이다.

 

 

레이놀즈 수

레이놀즈 수의 값은 유체가 유동할 때 층류흐름과, 층류에서 난류로 전환되는 천이흐름, 그리고 난류흐름등을 구분할 수 있는 무차원 수이다. 유체의 입자가 서로 일정한 층을 이루면서 직선적으로 흐르면 층류,유체입자가 불규칙 운동을 하면서 상호간에 격렬한 운동을 일으키면서 흐르면 난류이다. 관 내에 유체유동이 있을 때 유체입자들이 유동상태가 분자의 운동량 교환만으로 인접층 위로 층을 이루며 안정된 진로를 따라 움직일 때 층류라 정의하고, 인접층간에 강력한 횡단 운동량 교환으로 유체입자들이 대단히 불규칙적으로 움직일 때 난류라 정의한다.

 

이러한 흐름의 성질을 구분하는 것은 무차원수인 Reynolds 수에 의해 결정되어 진다. 유동상태가 난류에서 층류상태로 변화된 때의 Reynolds 수를 하임계 레이놀즈 수라 하고 약 2000정도가 되며, 층류에서 난류상태로 변화되는 Reynolds 수를 상임계 레이놀즈 수라 하고 약 4000정도 또는 그 이상이다. 레이놀즈 수는 다음 식으로 표현된다.

 

 

위의 식에서 D는 파이프 단면의 직경, V는 그 단면을 통과하는 유체의 평균속도이다. 길이l, 직경 D인 파이프의 압력강하 △p는 다음과 같이 표현된다.

 

 

따라서 위의 세 식을 서로 조합하면 파이프를 통과하는 층류유동의 유량을 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

① 수면/ 관의 길이, 관의 직경 / 용액의 온도를 측정한다. (수면은 높이수두에 따른 압력 계산 및 동일 조건을 맞추기 위해 측정 / 관의 길이 및 직경은 유체의 속도와 점도에 따른 전단력 계산에 이용/ 온도는 용액의 점도에 영향 요소이므로 측정)

 

② 밸브를 열고 용액이 200㎖가 채워졌을 때의 시간을 측정 (유량 측정)

 

③ 실험을 5번 정도 반복하며 1)의 측정값은 계속적으로 측정한다.

 

④ 측정값을 이용하여 결과값을 도출하며 국제규격에 명시된 점도와 비교한다.

 

 

 

[화학공학실험]유체의 물성치 측정 레포트