Flow Visualization Laboratory Hydrodynamics experiments

Hydrodynamics experiments

①

실제 유체의 흐름을 층류와

불안정층류(천이영역)과 난류로 Reynolds의 수를 통해 구분한다.

②

각 흐름의 Reynolds의 수를 구한다.

 레이놀드 수(Reynold number)란?

 레이놀드 수는 유체흐룸의 형태를 나타내는 무차원군 (Dimensionless group).

 층류유동과 난류유동을 구별하는 기준으로 사용

 영국의 공학자 Osborne Reynolds(1842~1912)에 의해 창안 됨.

 유체 유동문제에서 관련된 변수로 유체의 밀도ρ, 점성계수μ, 특성길이 L, 속도 V 일때,

𝑅𝑒수 = 𝜌𝑉𝐿

𝜇 = 관성력

점성력

 유동 형태의 구분

 층류(Laminar flow): 유체의 규칙적인 흐름으로, 흐트러지지 않고 일정하게 흐르는 것

 난류(Turbulent flow): 유체의 입자가 불규칙하게 흐름

𝑅𝑒수 < 2100

𝑅𝑒수 > 4000

층류 유동 난류 유동

① Reynolds 실험장치

소조내의 물이 유리관을 통하여 흐르는 동시에 착색액도 작은 모세관을 통하여 물과 같이 흐르게 하며, 유량 조절 밸브로 관속의 물의 속도를 조절하여 층류와 난류상태를 파악할 수 있다.

② 희석한 검정 잉크

③ 초시계

④ 메스실린더

⑤ 온도계

 레이놀즈 실험장치의 제원

 수조내용적: 1200(W) X 210(D) X 350(H) mm

 측정유리관: ϕ21.5 mm X 1000(L) mm

①

본체를 수평하게 설치하고 급수부에 물을 공급하면서 과류부에 물이 넘칠 때 유량 조절 밸브를 조금 열어 유리관 내에 흐름을 이루게 하고, 수면을 일정하게 유지시킨다.

②

수면이 일정하게 유지되었을때, 색소 액 주입밸브를 열어 관내에 색소 액을 흐르게 해서 색소 액의 상태를 관찰한다.

③

유속이 적을때 착생 액은 관의 축선 상에 평행하게 선상으로 흐르는데 이러한 흐름이 층류이다.

유리관 내의 유속을 점차 크게 하면 색소액이 흔들리게 된다.

유속을 증가시키면 색소액은 흐트러져 관속에 충만하게 흐르게 된다.

참 조 (A) 참 조 (B) 참 조 (C)

④

유량의 변화에 따라 유동의 흐름이 각각 층류, 천이, 난류가 되었을때 유량을 측정한다.

⑤

온도계로 수온을 측정한다.

⑥

위 과정이 끝나면, 측정치를 기록하고 유리관의 단면적과 유량으로 부 터 유속을 구하고, 실험 수온에 대한 동점성 계수를 도표에서 찾는다.