화학생물공정실험 | Application of Energy Losses in Bends

 

 

 

유체역학은 정역학과 동역학 및 열역학의 고전 법칙들의 응용에서부터 연속적인 매체로 취급된 유체의 모사에 이르기까지의 과정에서 분석적인 분야로서 발전해왔다. 여기에는 질량과 에너지, 운동량의 보존과 그것의 응용에 관한 법칙들이 포함되어 있으며, 이들은 유체의 운동을 정량적으로 설명하기 위해서 종종 단순화의 과정을 거친다.

 

본 실험에서는 Bending과 Fitting 실험기구를 통하여 Bending과 Fitting 시에 발생하는 에너지 손실에 관한 수력학적 모델에 대하여 살펴보고, head의 차이를 측정하여 steady한 유체의 흐름이 bend와 수렴, 발산, gate밸브 등을 지날 때의 loss factor를 구하여 본다.

 

Venturi관을 이용해서 Bernoulli’s theorem이 성립하는지 알아보았다. 이 때, 유체의 속도는 배출되는 유량을 특정 시간 동안 채집하여 구하였고, 압력은 물 기둥이 중력장 안에서 가지는 무게를 이용하여 구하였다. 이 때, 유체는 turbulent flow가 되게 유속을 충분히 빠르게 설정하여주었고, 각각의 부분에서의 유속은 continuity equation의 적용을 받는다고 가정하였다.

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실험 방법

1. 장치 설치

1) Hydraulic bench의 에너지 손실 실험장치가 수평이 되도록 설치한다.(수평이 되도록 설치해야 정압계에서의 물의 높이를 정확히 측정할 수 있다.)

 

2) Test inlet을 bench flow apply에 연결하고, outlet 연장 tube의 끝이 volumetric tank 내에 위치하도록 조절한다.

 

3) 그리고 Bench valve와 gate valve, flow control valve를 열고 펌프를 작동시켜서 test 장치에 물을 채운다. Pressure tapping point와 정압계에서 공기를 빼기 위해 bench valve와 flow control valve를 잠그고 공기 조절 나사를 열어준 뒤, 옆에 있는 air valve의 마개를 제거한다.

 

4) 그 다음 air valve와 volumetric tank를 tube로 연결한 뒤, bench valve를 열어서 정압계 내의 공기가 flow에 의해 밀려 나가게 하고, 공기 조절 나사는 잠그고 bench valve와 flow control valve는 조금 열어준다.

 

5) 그리고 다시 공기 조절 나사를 조금 열어서 공기가 정압계의 위쪽 부분으로 들어올 수 있게 해 준 다음, 정압계의 높이가 적당한 수준에 도달하면 다시 닫아준다.

 

2. 결과의 측정

한 번의 실험으로 모든 fitting에 대한 값을 얻을 수는 없으므로, 실험을 두 번 실행하여야 한다.

① Exercise A

첫 번째 실험에서는 실험 과정 동안 열려 있어야 하는 Gate valve를 제외한 나머지 pipe fitting 에서의 에너지 손실을 측정한다. Bench control valve를 이용하여 flow를 조절하고 주어진 flow rate에 대하여 정압계의 level을 측정한다.

이 때 volume flow rate는 일정 시간 동안 volumetric tank에 모인 물의 양을 측정함으로써 알 수 있다. 시간 측정의 오차를 줄이기 위해서 최소 1분 이상 물을 받는 것이 좋다.

Flow rate를 8∼17 L/min의 범위 내에서 변화시키면서, 위의 과정을 5회 반복한다.

그리고 flow rate가 가장 낮을 때의 수온을 측정한다.

이 온도 값과 대기압 하에서 온도에 따른 물의 kinematic viscosity 값을 모은 table을 이용하여 실험 상황에서의 kinematic viscosity를 알 수 있고, 이를 이용하여 Reynolds number를 계산할 수 있다.

 

② Exercise B

두 번째 실험은 앞에서 측정하지 못한 gate valve 에서의 에너지 손실을 측정한다.

Mitre bend pressure tapping로 연결되는 관은 clamp로 막아서 공기가 계 안으로 유입되는 것을 차단해 준다.

Gate valve를 닫고 bench valve와 flow control valve를 완전히 열어준다.

이 상태에서 gate valve를 반대방향으로 약간 돌렸다가 50% 정도로 열어준다.

Flow rate를 바꾸어 5번 같은 실험을 수행하면서 압력계로부터 valve에서의 압력 감소를 측정한다.

측정이 시작되면 gate valve를 조작하지 않는다.

Volume flow rate는 앞에서와 마찬가지로 일정 시간 동안 모인 물의 양을 측정하여 계산한다. Gate valve를 70%, 80% 열어준 경우에 대해서도 같은 실험을 반복하여 실행한다.

 

 

 

[화학생물공정실험]Application of Energy Losses in Bends 레포트