유체 마찰손실

유체 마찰 손실 측정 실험

1 실험 목적
도관의 방향이나 크기가 달라져서, 유속의 방향이나 그기가 변하면, 곧은 관에서 흐를 때의
표면마찰 이외의 마찰이 생긴다. 이러한 마찰에는 정상 유선이 교란되고 경계층의 분리가 일어날 때 발생하는 와류로 인한 형태마찰이 있다. 대개의 경우, 이러한 영향을 정확히 계산할 수가
없어서, 실험자료에 의존하는 수밖에 없으므로 이러한 값들을 계산하므로서 효율적 장치를 조작함에 그 목적을 둔다.

2.이론
단면적의 급격한 변화에 의한 마찰 손실
단면의 급격한 축소로 인한 마찰손실
도관의 단면이 갑자기 줄어들면, 유체가 예리한 모서리를 따라 흐르지 못하므로 흐름과 도관
벽과의 접촉이 깨진다. 이 때 제트가 형성되어 작은 단면의 정체 유체 중으로 흘러들어가게 된다.
이 제트는 처음에 축소되었다가 팽창하여 작은 단면을 채우게 된다.
축소점 하류에서는 정상적 속도구배가 다시 이룩된다.
제트가 축소되었다가 팽창되는 축소 면적의 단면을 베나 곤트랙타(vena contracta)라고 한다.
급격한 축소가 일어날 때의 흐름 양상을 밑의 그림으로 보였다. 여기서, 단면 CC는 베나콘트랙타에서 그린 것이며, 그림에 보인 것처럼 와류가 생긴다.

그림 - 1

급격한 축소로 인한 마찰손실은 작은 도관에서의 속도두에 비레하는데, 이를
다음 식으로 계산할 수 있다.

hfc =kc (⊽2b /2gc)

여기서, 비례인자 kc를 축소손실계수(contraction-loss coefficient)라 한다.
⊽b는 작은 단면, 즉 하류에서의 평균유속이다.
실험에 의하면, 층류인 경우 kc ＜ 0.1로서 축소 손실 hfc가 무시된다.
난류인 경우에는 kc를 다음 실험실으로 나타낸다.

kc = 0.4(1-Sb/Sa)

여기서, Sb, Sa는 각각 상류 및 하류 도관의 단면적이다.

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