[유체역학실험]수리실험대 - 삼각위어 2부

실험 방법

1. 실험장치 설치

1) 3,4,5,8,15 조절 밸브를 완전히 닫는다. (단, 5 Bypass V/V는 조금만 open한다)

2) 저수조(14)에 물을 채운다. (4/5정도)

3) 펌프모터와 접지단자를 깊이 1m이상 묻힌 동판에 연결시키고 실험장치를 실험대 위에 설치한다

 

2. 실험 과정

1) 전원을 AC 220V, 60Hz(소비전력 약 400watt)에 연결한다.

2) 컨트롤 판넬의 전원스위치(6)를 ON한다.

3) 유량조절밸브(5) 또는 (8)을 서서히 조절하여, Weir Tank쪽 또는 (8-1)쪽의 수리실험대에 설치된 실험 장치에 물을 공급하면 된다.

 

4) 삼각위어를 넘을 정도로 유량 밸브를 조절한다.

5) 월류 수심이 일정해지면, 이때의 월류 수심을 읽는다.

6) 계량 수조의 높이가 일정 높이가 되면 스탑워치를 눌러 시간을 잰다.

7) 일정 시간이 경과하면, 계량 수조의 물의 높이를 읽고, 기록한다.

8) 계량수조의 수심이 깊어지면 drain cock를 열어서 계량수조의 물을 뺀 후, 유량을 바꾸지 않고 동일한 방법으로 반복 실험한다.

9) 반복 실험이 끝나면 유량 조절 밸브를 조절하여 유량을 증가시킨 뒤, 5~7번 과정을 반복 한다.

10) 반복이 끝나면 전원을 끈다.

 

3. 실험 완료 후

1) 전원스위치(6)　off한다. (Main Power 콘센트를 뽑아둔다.)

2) 계량탱크의 물은 저수조로 완전히 뺀다. (16번을 들어 올림) 동절기에는 저수조의 물을 완전히 뺀다.(동파예방) 특히, Pump V/V를 Open한다.

3) 실험대 및 실험장치의 내부를 깨끗이 청소하고, 물기를 닦아낸다.

실험 결과

1. 실험data

1) 삼각위어기준높이(Hd = H0) : 0.088m Q=V/t

2) 삼각위어의 수두높이(H1) : Q’=H5/2

3) 월류수심(H) = H1-Hd

C’= 1.354+0.004/H +(0.14+0.2/√Hd)(H/B-0.09)2

4) 계량수조초기높이(h1) C=Q/Q’

5) 계량수조나중높이(h2)

V = 계량수조나중부피-계량수조처음부피

6) 오차율 = ㅣC’-Cl/C’×100

 

2. 월류수심에 따른 평균값

3. 월류수심에따른 Q와 Q‘비교

그래프 1

4. 월류수심에 따른 C와 C’비교

그래프 2

 

토의 사항

1. 실험 고찰

1) 그래프1을 통해 월류수심(H)이 증가하면 Q와 Q’가 증가하는 것을 볼 수 있고 ,Q와 Q’의 차이가 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서 유속이 느릴 때 유량을 더 정확히 구할 수 있다는 것을 알 수 있다.

2) 그래프2를 통해 월류수심(H)이 증가할수록 C와 C’의 차이가 커졌다. 하지만,H=0.019일 때 h2의 측정값이 조금 잘못되어서 그래프가 매끄럽지 못하였다.

3) H=0.19일 때 h2를 측정할 때 두 명이 측정하였는데 두 명이 측정값이 달라서 그 평균값으로 한 경우가 있는데, 이것 때문에 오차가 발생하였다.

4) 수리대의 유량 조절밸브를 이용해 유량을 각각 다르게 했을 때 유량변화를 관찰하였는데, 실유량(Q)와 계산유량(Q’), 실유량계수(C)와 계산유량계수(C’)의 오차가 존재하였다.

5) 원래 실험목적에 따르면 Q와Q’ C와C’의 값이 거의 같아져야하지만 실험 할 때의 여러 가지 오차요인 때문에 정확히 일치하지는 못하였다.

6) 월류 수심이 증가하면 유량도 선형적으로 증가한다는 것을 알 수 있었다.

 

2. 오차의 원인

1) 수리실험대에 공기유입이 있을 경우 기계적인 오차가 발생할 수 있다.

2) 실험할 때 자를 눈으로 보고 읽지만 보는 각도에 따라 약간의 차이가 있다.

3) 수리실험대가 놓인 장소가 완벽한 수평이 아닐 수 있다.

4) 스톱워치로 시간을 재기 때문에 완벽하게 20초,30초,40초 간격으로 잴 수가 없다.

5) 실험을 하는 동안 계수구가 완전히 밀폐되지 않아 계량수조의 물이 유출되었을 가능성이 있다.

6) 월류 수심이 높을 때 물의 파동으로 인한 계량수조에서의 측정이 정확하지 않을 수 있다.

 

3. 결론

이론적으로 배운 내용을 실험도구를 직접 사용하여 다시 확인을 해보니 머릿속에 잘 정돈되었다. 실험을 하기전에 그에 대한 내용을 예습하였지만, 보고서를 쓰면서 직접 수치를 기록하고, 공식을 사용하여 값들을 구해내고, 그 값들에 대해 반복적인 고찰을 하다보면서 월류수심과 유량의 관계, 유량계수와 계산유량계수의 비교를 명확하게 할 수 있었다. 

하지만, 실험 기구의 밸브 조작 이후 계수로의 수두가 충분히 안정되는데 시간이 걸리는 점, 유량이 커질수록 계량수조에 누적되는 속도가 빨라져 물을 비우는 횟수가 늘어난 점, 실자의 눈금 부분이 테이프에 가려서 정확한 수치 파악이 힘들었던 점 등 실험 전 실험 조건에 대한 확실한 파악의 부족과 실험 장비에 대한 조작 미능숙으로 예상보다 소요되는 시간이 길어졌다. 그에 따라 원래 계획보다 월류수심을 많이 바꿔가면서 실험을 하지 못한 것이 아쉽다. 

그리고 실험하는 도중에는 나름 오차를 줄이려고 노력했다고 생각했는데, 엑셀로 계산을 하고 보니 오차가 큰 것도 있었다. 이번 실험을 경험으로 삼아, 다음 실험을 할 때는 더욱 정확한 실험방법의 파악과, 실험 시에 생길 수 있는 여러 가지 문제점들에 대해 예상하고 그에 대한 방안을 세우며, 실험 장비에 대한 정확한 이해를 하는 등, 결과적으로 오차요인을 줄인 정확한 실험을 할 수 있도록 해야겠다.

[Engineering/화학공학] - [유체역학실험]수리실험대 - 삼각위어 1부