화학생물공정실험 | Veturi Tube

 

 

 

실험 요약

Venturi Tube를 통과하는 물의 흐름을 관찰함으로 Bernoulli Equation을 통해 기술되는 에너지 수지의 성립을 확인하였다. 결과적으로 Viscous Friction Loss에 의한 에너지 손실로 인해 Frictionless Flow를 가정한 실험의 Bernoulli Equation은 성립하지 않음을 알 수 있었고 이와 같은 오차는 Viscous Fiction Loss가 무시되지 않은Generalized Bernoulli Equation의 적용에 의해 어느 정도 보정됨을 살펴볼 수 있었다. 따라서 Bernoulli Equation의 성립 조건을 확인할 수 있었고 Empirical Equation을 통해 Venturi Tube를 흐르는 유체의 Head Loss를 정량적으로 계산해볼 수 있었다.

 

 

서론

유체 역학은 정역학, 동역학, 열역학 등의 고전 물리 법칙을 적용하는 학문 분야로부터의 시작부터 오늘날에는 유체를 연속적인 매체로 보는 시뮬레이션이 가능한 분야로 발전해왔다. 이러한 적용에서 주로 적용되는 식은 물질수지, 에너지수지, 운동량수지식이라고 볼 수 있으며 각 상황에서 이 식들은 유체의 이동을 기술하는 표현으로 쓰여왔다. 본 실험에서는 Bernoulli’s Theorem Demonstration Apparatus 를 살펴보기로 한다. 이 기기는 아크릴로 만들어진 Venturi Tube로 이루어져 있으며 일련의 Wall Tapping은 정적 압력의 측정을 가능케 해준다. 이로 인해 측정된 압력을 통해 기기를 일정한 속도로 흐르는 물이 Bernoulli Equation을 따르는지를 확인해보기로 한다.

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실험 방법

1. 기기 설치

1) Bernoulli Equation Apparatus 를 Hydraulic Bench에 설치하고 Base가 수평하도록 맞춘다 – Manometer의 정확한 h 측정을 위해 필요함.

 

2) Test Section의 14° Tapered Section이 Flow의 방향으로 Converge 되어있음을 확인한다. Test-section을 반대로 할 경우, Total Pressure Head Probe 을 빼고 Coupling을 끼도록 한다.

 

3) Rig Outflow Tube가 Volumetric Tank 위에 위치해있음을 확인하고 Rig Inlet을 Bench Flow Supply에 연결한다 – Bench Valve와 Apparatus Flow Control Valve를 잠그고 Pump를 시작한다. 천천히 Bench Valve를 열고 Test Rig을 물로 채운다.

 

4) Tapping point 와 Manometer에서 공기를 빼내기 위해서 Bench Valve와 Rig Flow Control Valve를 닫고 Air Bleed Screw를 열고 난 후 Air Valve 의 Cap을 뺀다. Air Valve에서부터 Volumetric Tank까지 Bore Tubing을 연결하고 Bench Valve를 연 상태에서 공기가 Manometer에서부터 빠져나가게 한다. 이 후 Air Bleed Screw를 조이고 Test Rig Flow Control Valve와 Bench Valve를 조금 연다. 다음, Air Bleed Screw를 조금 열어서 Manometer위에 공기가 조금 들어가게 한 후 원하는 높이가 설정되면 Screw를 다시 잠근다.

 

5) 원한다면 Air Bleed Screw와 Hand Pump를 사용하여서 Manometer Level 을 더 조절할 수 있다. Bleed Screw를 연 상태에서 Hand Pump를 사용하도록 하고 압력을 유지시키기 위해서는 Pumping 이후 Screw를 조이도록 한다.

 

2. 데이터 측정

1) 8개의 Flow Rate에 대하여 데이터를 측정한다. 마지막으로는 Test Section을 반대로 하여서 Rapid Converging Section에 의한 영향을 살펴볼 수 있다.

 

2) 최대 Flow Rate에서 첫 데이터를 측정한다. 이 후 Volumetric Flow Rate을 줄여서 h₁–h₅ 의 차이가 50㎜ 정도가 되게 한다. 다른 Flow Rate에 대해서 이와 같은 과정을 반복하고 h₁–h₅ 의 차이가 그 전 두 실험 값의 반이 되도록 한다.

 

3) Level이 안정화된 후 h₁–h₅ Manometer의 값을 측정한다. Test-section에서 Total Pressure Probe가 제거된 것을 확인한다.

 

4) Volumetric Tank를 사용하여 Timed Volume Collection을 실행하고 Volume Flow Rate을 측정한다. Ball Valve를 잠그고 초시계로 일정한 부피의 물이 Tank에 차기 까지의 시간을 측정하면 Volumetric Flow Rate을 알 수 있다. 최소한 1분간 물을 모아서 측정 시간에 따른 오차를 최소화하도록 한다. Test-section에서 Total Pressure Probe가 제거된 것을 확인한다.

 

5) Total Pressure Head Distribution을 Total Pressure Probe로 Test Section을 가로지르면서 측정한다. Datum Line은 h1의 Side Hole Pressure Tapping으로 한다. 적당한 시작점은 14° Taperd Section의 위쪽 1㎝부분이고 측정은 21° Divergent Section 까지 1초 간격으로 계속한다.

 

 

 

[화학생물공정실험]Veturi Tube 레포트