기계공학실험 - 마찰계수 보고서 (홍익대, 홍익대학교)

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목차

1. 실험 목적
2. 관련 이론
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 결론 및 고찰
6. 참고문헌

본문내용

□ 실험 목적
Friction coefficient는 마찰계수로, 유체가 흐름속에 있는 물체에 가하는 힘을 계수로 나타낸 값이다. 본 실험에서는 관내 유동에서 체적 유량에 따른 마찰계수 값의 변화를 실험을 통하여 구하여 레이놀즈 수에 따른 마찰계수의 이론값과 각각 비교하여 본다.

□ 관련 이론
관내 유동에서 마찰계수를 구하는 두가지 방법으로 Darcy Friction Coefficient와 Fanning Friction Coeffiecient가 있다.
- Darcy Friction Coeffiecient (달시 마찰계수)
달시 마찰계수는 압력의 변화를 통해 구한 마찰계수이다. 이는 Darcy-Weisbach equation에서 유래된 값이다. 길이가 L, 지름인 D인 파이프 유동에서 점성에 의한 압력강하는 다음의 방정식을 만족한다.

<중 략>

□ 결론 및 고찰
레이놀즈 수에 따른 마찰계수의 값들을 그래프로 그리면 다음과 같다.

우선 실험값들을 통해 구한 레이놀즈 수를 통해 유동의 분포를 파악할 수 있다. 일반적으로 Re<2000인 구간에서는 층류의 유동을 보이고 Re>4000인 구간에서는 난류의 유동, 그리고 그 사이에서는 천이하는 유동을 보이는 것으로 알려져 있다. 이는 위의 그래프에서 확인할 수 있다. 층류 영역에서는 마찰계수가 선형적으로 감소하는데 위 그래프의 Re<2000지점을 보면 비교적 선형적으로 완만하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한 약 moody chart를 통해 구한 마찰계수는 2000<Re<4000인 구간에서의 천이과정에서 정의되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 난류와 층류 모두에서 자유롭게 사용할 수 있는 Churchill의 식을 이용해 구한 마찰계수는 천이지점을 포함해 전체적으로 뚜렷한 그래프를 그림을 알 수 있다. 실험결과 및 그래프를 통해 유량이 늘어날수록 유속이 증가하며 Re는 증가, 마찰계수는 감소함을 확인할 수 있다.

참고 자료

https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy%E2%80%93Weisbach_equation - 달시 마찰계수
https://en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor - 패닝 마찰계수
https://en.wikipedia.org/w/index.php?cirrusUserTesting=control&search=%EB%AC%B4%EB%94%94+%EC%B0%A8%ED%8A%B8&title=Special%3ASearch&go=Go&ns0=1 - Moody chart
Measurement of Friction Coefficient 강의록 - 공식 및 물성치