자연과학 자료 수리학 실험 - 오리피스 실험 보고서 XC

자연과학 자료 수리학 실험 - 오리피스 실험 보고서
 

오리피스 실험

1.실험의 목적
오리피스를 이용한 실험은 유량측정 방법의 하나로서 베르누이 정리를 적용시킨 이론 유량과 실험에서 나온 실제유량을 비교해 보면서 유량계수의 변화를 관찰하고 평균유량계수를 결정하기 위함이다.

2.실험의 이론
1)Bernoulli 방정식을 적용하여 출구에서의 유속을 구함으로써 유량을 산정한다.


접근 유속을 무시하고, 대기압을 적용하면 출구에서의 유속은

오리피스를 통한 실제의 흐름은 위의 그림 과 같이 에너지 손실이 있으므로 수축 단면에서의 유속 는 이론 적인 유속 보다 실제로 작으며 이는 피토관으로 측정되는 전수두로부터 계산될 수 있다. 오리피스에서 수압관의 정압수두 와 동압수두 hH의 비에 대한 제곱근 즉, 이론유속에 대한 실제유속의 비인 유속계수는 다음과 같다.


오리피스를 통해 흐르는 수맥은 오리피스의 지름보다 작아지며, 오리피스 지름의 1/2 되는 점에서 흐름이즉, 유선이 안정적인 것으로 알려졌는데, 이를 수축 단면 이라고 한다. 그러므로 실제유수 단면적은 오리피스 단면적보다 작은데 이를 보정해 주는 것을 수축계수 라 하고 다음 식과 같이 정의한다.

따라서 오리피스를 통해 흐르는 실제 유량 은 이론유량 보다 작은데 , 이를 보정하는 것을 유량 계수 C라한다.


즉, 유량계수는 유속계수와 수축계수의 곱으로 표시되며 실험적으로 측정되는 변량의 항으로 표시하면 다음과 같다.

여기서, 유량 Q와 수두 H는 실험적으로 결정되는 양이며 A는 오리피스의 단면적을 표시한다.
2)

3)오리피스의 중심축에 기준 수평면을 잡고 베르누이의 정리를 적용하면,
이고, 이다.
여기서, 는 대기압이므로 0, 는 접근유속이며 작은 오리피스에서는 0 이다.
따라서, 이다.
이론유속을 , 실제유속을 라 하면 실제유속은 물이 유출할 때 공기의 저항과 오리피스 벽면의 마찰저항 때문에 이론유속보다 작아진다. 따라서 실제유속은 이론유속에 유속계수 를 곱하여 구한다.
,
오리피스에서 나오는 물은 오리피스 내측벽면부터 약 D/2인 지점에서 수맥의 단면적이 최대로 축소되었다…(생략)
 

   
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