화학공학실험 - 배관계의 유체 마찰손실 측정 실험

화학공학실험 - 배관계의 유체 마찰손실 측정 실험

1. 서 론
(1) 여러 가지 직경을 가진 직관에서 유속변화에 따른 차압을 측정하고, 이와 관련 된 Reynolds 수, 마찰계수, 압력손실두를 계산한다.
(2) 관 이음쇠(90 elbow, 90 bend, Tee, 유로의 갑작스런 확대, 유로의 갑작스런 팽창)에 의한 두손실을 측정한다.
(3) 배관계내의 valve류(gate, ball, globe)에 의한 두손실을 측정한다.
(4) 유량측정장치(orifice, venturi, pitot tube)에 의한 두손실을 측정한다.
(5) 측정된 두손실에 의해 유출계수(discharge coefficient)를 산출한다.

2. 이 론

1) 직관에서 유체의 표면마찰손실
관벽의 경계층에서 발생되는 마찰을 표면마찰(skin friction)이라 하며 경계층이 분리되어 후류(wake)가 형성되어 일어나는 마찰을 형태마찰(form friction)이라 한다. 유체가 직관내를 흐를 때 나타나는 압력손실은 표면마찰 때문이다. 유체의 흐름이 난류인 경우, 압력손실은 다음의 Fanning 식으로 계산된다.

여기서 f를 Fanning마찰계수라 하며 난류의 연구에서 특히 중요하다.

층류흐름에서 마찰계수와 Reynolds수의 관계는

따라서 유체의 흐름이 층류일 때는 다음의 Hagen-Poiseuille식으로도 계산할 수 있다.
: Hagen-Poiseuille equation

2) 흐름단면의 급격한 확대로 인한 마찰손실
유로의 단면이 갑자기 확대되면 흐름이 관벽에서 분리되어 제트류처럼 확대단면속으로 분출된다. 이 제트는 팽창하여 큰 유로 단면전체에 퍼진다. 팽창제트와 유로 벽사이의 공간에는 와류가 형성되므로 상당한 형태마찰이 발생되는 것이다.

where, Ke: expansion-loss coefficient,

3) 흐름단면의 급격한 축소로 인한 마찰손실
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