생명화학공학실험 관 마찰계수 측정 실험

1. 목적
유체가 관내를 흐를 대 유체 점성에 의한 관 마찰로 인하여 에너지손실이 발생하게 되는데, 직선 원형 관내에서의 마찰손실을 측정해보고 관 마찰에 의한 에너지 손실을 이해한다.
2. 이론
베르누이의 방정식은 비압축성 유동(incompressible flow)에 대해서만 유효하다. 대부분의 경우 액체는 그 밀도가 일정하다고 생각할 수 있다. 따라서 이런 경우 액체는 비압축성이고, 그 유동은 비압축성 유동으로 생각할 수 있다. 기체의 경우는, 그 유동 속도가 매우 낮아 유선에 따른 기체의 밀도 변화가 무시할 만큼 작은 경우에 비압축성으로 간주할 수 있다.베르누이 방정식을 적용하기 위해서는 다음과 같은 가정이 만족되어야 한다.
1) 유체는 비압축성이어야 한다.
2) 압력이 변하는 경우에도 밀도는 변하지 않아야 한다.
3) 유선이 경계층(boundary layer)을 통과하여서는 안 된다.
4) 점성력(viscous force)이 존재하지 않아야 한다.
5) 시간에 대한 변화가 없어야 한다. (정상상태, steady state)

<중 략>

유량을 측정하는 가장 간단하고 기본적인 방법에는 오리피스 또는 벤츄리 메타를 이용하는 방법이 있다. 값은 이 오리피스나 벤츄리를 사용하여 측정한 유량에 대한 보정하는 값이 되고 값은 유량이 흐르면서 발생되는 관로마찰에 대한 보정계수 또는 동력학에너지 상수로 볼 수 있다. 보통 유량을 측정할 때 이론적인 유량과 실제 오리피스나 벤츄리 메타를 통하여 측정된 유량에는 차이가 발생된다. 이것은 이런 유량 측정용 기기를 통과하면서 발생되는 손실과 유량 자체의 동점성 계수에 의하여 발생되는 손실 등으로 인하여 실제 이론유량과 측정유량에는 차이가 발생된다고 볼 수 있다. 이것을 관계식으로 나타내면 아래왿� 같다.
여기서 값은 보통 오리피스왿� 벤츄리 메타를 살 때 알 수 있는 상수지만 실험에 의하여 구할 수도 있는 해당되는 오리피스나 벤츄리 메타에 대한 상수 값으로 볼 수 있고, 값은 측정하고자 하는 유체에 대하여 특성표를 찾으면 알 수 있는 상수 값이므로 이런 상수 값은 유체역학 등 관련 자료에서 찾을 수 있다. 또한 실제 계산한 유속은 실제 측정치 보다 약간 크다. 그 이유는 Orifice meter의 최종 식에서 마찰열을 무시하였지만 실질적으로 마찰이 존재하기 때문이다.