[ 화학 공학 실험 ] 레이놀즈 [ Reynolds ] 실험 화 학실 험결 과 
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 [ 화학 공학 실험 ] 레이놀즈 [ Reynolds ] 실험 
 등록 일 : 2012 - 05 - 31 
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 Reynolds 실험 
 ( 1 ) 실험 목적 
 레이놀즈수 측정 실험 장치 를 통하 여 유속 변화 에 따른 관 을 통과 하 는 유체 의 흐름 모양 을 시각 적 으로 관찰 하 여 이 유체 의 흐름 이 층류 인지 난류 인지 를 파악 한 후 각각 의 평균 유속 을 측정 하 여 레이놀즈수 를 계산 하 고 Reynolds 수 와 파이프 내 의 유체 의 흐름 형태 ( 층류 , 난류 , 전이 영역 ) 의 상관 관계 를 이해 하 여 , 완전 발달 흐름 과 전이 길이 를 이해 한다 . 아울러 장치 의 조작 방법 을 습득 한다 . 
 ⓛ 층류 와 난류 의 현상 을 관찰 하 고 그 본질 을 이해 한다 . 
 ② 뉴튼 유체 와 비뉴 튼 유체 의 Reynolds number 에 대한 개념 을 이해 하 고 , 실험 으로 Reynolds number 를 계산 한다 . 
 ③ 전이 영역 에서 유체 의 흐름 의 특성 을 관찰 하 고 , 임계 유속 에서 의 Reynolds number 를 계산 한다 . 
 ④ 완전 발달 흐름 과 전이 길이 를 이해 하 고 그 중요 성 을 안다 
 ( 2 ) 실험 개론 
 어떤 유체 ( fluid ) 가 관 ( pipe ) 이나 도관 ( conduit ) 을 통해서 흐를 때 여러 가지 조건 으로 흐르 게 되 나 흐름 은 역시 두 가지 모양 으로 흐르 게 된다 . 즉 층류 ( Laminar Flow ) 와 난류 ( Turbulent Flow ) 의 흐름 인데 이것 은 관 의 직경 D 와 유체 의 속도 v , 밀도 ρ 및 점 도 μ 의 관계 에서 얻 을 수 있 는데 이 수 를 레이놀드 수라 한다 . 본 실험 은 Reynolds 실험 장치 를 이용 하 여 관 을 통과 하 는 유체 의 흐름 모양 을 시각 적 으로 관찰 하 여 층류 인지 난류 인지 전이 영역 인지 를 파악 한다 . 그 후 각 영역 에서 평균 유속 의 측정 으로부터 Reynolds 수 를 계산 하 고 Reynolds 수 와 흐름 형태 ( 층류 , 난류 , 전이 영역 , ) 의 상관 관계 를 연구 한다 . 
 실제 유체 의 유동 은 점성 에 의한 마찰 로 인해 이상 유체 의 유동 보다 대단히 복잡 하 다 . 점성 의 영향 은 유동 을 방해 한다 . 유체 의 유동 은 점성 의 영향 을 많이 받 아 유동 의 흐름 에 방해 를 받 는다 . 일정 한 동점 성 계수 ( 즉 , 동일 한 유체 ) 는 동일 한 관 에서 의 Re 수 의 차이 는 … ( 생략 ) 
 속도 즉 유량 에 관계 가 있 는 것 으로 보 고 흐름 상태 , 레이놀즈수 와 의 관계 및 층류 와 난류 의 개념 을 이해 하 고 유량 ( 속도 ) 을 달리 함 으로써 천 이 유동 에서 의 임계 Re 를 구한다 . 2 . 이론 
 ( 1 ) 유체 
 액체 , 기체 , 증기 등 을 통틀 어서 일컫 는 말 이 다 . 유체 는 고체 와 달리 그 형태 가 쉽 게 변화 되 며 일정량 의 유체 의 모양 을 변형 시키 려고 하 면 유체 의 얇 은 층 이 다른 층 을 미끄러져서 마침내 새로운 모양 이 이루어진다 . 이러 한 변형 중 에 는 전단 응력 ( shear stress ) 이 나타나 게 되 는데 그 크기 는 유체 의 점도 ( viscosity ) 와 미끄럼 속도 에 따라 달라진다 . 그러나 일단 새로운 모양 이 형성 되 면 모든 전단 응력 은 소멸 된다 . 이때 유체 는 평형 상태 에 있 다고 말 한다 . 평형 유체 에 는 전단 응력 이 없 다 . 주어진 온도 와 압력 에서 유체 의 밀도 는 일정 한 값 을 가진다 . 밀도 ( density ) 는 보통 1 b / ft 3 , kg / m 3 등 으로 측정 한다 . 유체 의 밀도 는 온도 와 압력 에 좌우 되 는데 그 변화 는 클 때 도 있 고 작 을 때 도 있 다 . 온도 와 압력 을 다소 변화 시켰 을 때 밀도 가 별로 변화 지 않 는 유체 는 비압축성 ( uncompressible ) 유체 라 하 고 , 밀도 가 민감 하 게 변화 는 것 은 압축성 ( compressible ) 유체 라 한다 . 
 대개 액체 는 비압축성 유체 이 고 기체 는 압축성 유체 이 다 . 
 ( 2 ) 층류 와 난류 
 1883 년 Osborne Reynolds 는 수평 유리관 에 유체 를 흐르 게 하 고 관 입구 에서 노즐 을 통하 여 잉크 를 흘려 유량 의 변화 에 대한 잉크 의 흐름 현상 을 실험 하 여 관찰 하 였 다 . 
 유량 이 적 을 때 는 잉크 가 일직선 을 유지 하 며 흐르 지만 , 어느 정도 유량 이 증가 하 면 잉크 가 유리관 전체 에 퍼져 파형 으로 흐르 는 현상 이 나타났 다 . 이 와 같이 유체 의 거동 이 흐름 의 층 을 유지 하 며 축 방향 의 흐름 이 없 는 흐름 형태 를 층류 ( Laminar flow ) 라 하 며 , 잉크 가 어느 속도 즉 임계 유속 ( critical velocity ) 보다 커 지 면 유체 와 와류 를 형성 하 여 관 전체 에 잉크 가 퍼지 는 흐름 형태 를 
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