機械工学実験 I.管摩擦係数およびベンチュリ管流量係数の測定 (担当:谷口) 1. 実験目的 ◎管摩擦係数の測定 ◎ベンチュリ管による流量計測 の原理を体験学習する. ベンチュリ管による流量計測 実験テキストの<参考資料>より 「水力学」,宮井他2名,森北出版,p53. これは何? なんでついている? 流量係数 = Q α A2 1 − (A2 / A1 ) 2 ρm 2 gh − 1 ρ ベンチュリ管の流量係数αの測定 9.8 [m/s 2 ] 3 (体積)流量 Q [m /s] = Q α 水の密度 A2 1 − (A2 / A1 ) 2 示差 温度を計測し, 物性値表より算出 既知 水銀の密度 流量係数 衡量法により測定 示差を測定 ρm A2 α= Q÷ − 1 2 gh 2 ρ 1 − (A2 / A1 ) 本実験で使用した ベンチュリ管の 内部寸法 ρm − 1 2 gh ρ 衡量法による流量計測 ある時間 T [s]内に容器に溜めた水の質量 を M [kg]とすると, 質量流量 G [kg/s] = 体積流量 Q [m3 /s] = 管摩擦係数λの測定 900 [mm] LV2 hf = λ d 2g 16 [mm] 900 [mm] 長尺で測定 9.8 [m/s 2 ] 16 [mm] 管摩擦係数 2d g hf 2d g hf π2 d 5 g hf π2ρ2 d 5 g hf T 2 = λ = = = 2 2 2 16Q LV 8LQ 8LM 2 L 2 4 πd V = 4Q πd 2 Q= M ρT 4Q V = 2 πd 衡量法により測定 管摩擦による損失ヘッド hf 層流 乱流 ① λ = 64 Re (Re < 2300) −1/ 4 ② ブラジウスの式 λ = 0.3164 Re (Re = 3 ×103 1×105 ) 管が水平でない場合の補正 管が右上がりになって いる場合 p1 V 2 p2 V 2 LV2 + = + + z2 + λ ρg 2 g ρg 2 g d 2g p1 − p2 LV2 − z2 = λ ρg d 2g p1 − p2 = ρgh より LV2 ∴ h − z2 =λ d 2g 役割分担 A. ノートPCへの計測データ入力 B. 入力データのチェック C. 時間計測 D. 5リットル容器に水を溜める E. 水の重量計測 F. マノメータの左の指示値の読み G. マノメータの右の指示値の読み H. 全体の状況確認 4. 測定項目 流量をほぼ等間隔に6種類変えて, (1) ベンチュリ管の流量係数αを測定する. (2) 滑らかな円管の管摩擦係数λを測定する. 流量設定1つに つき,5回計測 ※管摩擦係数の場合だけ, 最大流量時に10回計測 ~実験スタート~ 実験報告書の提出について (1/2) ① まず,TAのチェックをうける. TA ・小椋 陽史(308室): ・河村 朋広(308室): 番~ 番~ 番 番 ※TAから具体的な指示がありますので, それに従うこと. 【厳守】 次週の水曜日12:00までに,谷口まで「実験報告書」を 提出すること. 実験報告書の提出について (2/2) ② TAのOKがでたら, 306室前 (1)上の箱に入れる. 実験テキストを持参して 来室してください. と押印されるまで,上の箱に 実験報告書を出し続ける. (2)上記の文言が押印されたならば, “12:00~13:00以外”の時間帯に 来室して,口頭試問を受ける. ※口頭試問の結果次第で,「実験報告書」を受理するか どうか判断します. 以上. 押印例 これが押印されたならば,後は,口頭試問のみ. 期限日時 ※レポートには,コメントなどを記載しております. ※コメントに対して,加筆修正して構いませんが,原本は抜かないように!! 加点対象 報告書の内容・書式について ※谷口担当の実験課題のみ 下記URLに説明がありますので,それに沿って報告書を作成してくだ さい. http://web.cc.iwate-u.ac.jp/~tani/mech_exp/ レポートを提出する際は,このクリップで留めてください. 【注】ホッチキスで 留めないこと! 5. 報告事項 (1/2) (1) ベンチュリ管の流量係数αと流量 Q [ / min] の関係をグラフに 描き,考察を述べなさい. 必須 (2) ベンチュリ管の流量係数の平均値 α を使用して,水銀マノメータの 示差 h [m] から流量 Qα [ / min] を算出し,衡量法により測定した 流量 QW [ / min] とどれだけの”違い”があるかを調べることにより, 本実験で用いたベンチュリ管の性能について考察を述べなさい. 【ヒント】”違い”を実験で使用したベンチュリ管の精度と概算し て,市販の流量計の精度と比較し,考察すればよい.ただし, 比較する際には,計測可能流量範囲,流体の種類などを本実 験の状況と合わせて行うこと. (3) 管摩擦係数λとレイノルズ数Reの関係をグラフに描き,考察を 述べなさい. 5. 報告事項 (2/2) (4) 最大流量時において得られた管摩擦係数λの 自由課題 ・ 相対合成標準不確かさ uc (λ ) / λ ・合成標準不確かさ uc (λ ) ・ 拡張不確かさ U を求め,報告しなさい. さらに,不確かさを減らすには,実験方法・計測方法をどのように 改良すれば良いかについて述べなさい. 【注1】算出に至った仮定および算出過程は,省略せずに きちんと記述すること. 【注2】「何をどうすると,何の不確かさがどのくらい減る のか」を定量的に説明すること. 6. その他,連絡事項 (1/2) ◎ 「考察を述べなさい」は「結果を述べなさい」とは違います.混同しない ように!! ◎ 下記URLに,実験報告書を作成する際の「補足資料」および「諸注意」 を掲示しています.また,成績評価基準も掲載しています.必ずよく読 んでおくこと. http://web.cc.iwate-u.ac.jp/~tani/mech_exp/ 報告書が受理されるかどうかのポイント ◇ 実験方法,データ処理方法について,理解しているか? ← 提出の際, 試問 ◇ 報告事項(1)~(3)がきちんと報告されているか? ◇ 報告書を雑に作っていないか? ← 報告書を自分のメモ書き と勘違いしていないか? 6. その他,連絡事項 (2/2) 成績評価について ◇ 報告事項(4)の内容に重みをおいて総合的に判断します. ※報告事項(1)~(3)よりも労力がかかるが, エンジニアとして,「不確かさ」を知らないと恥. ◇ 報告書の再提出は,最高で3回までとし, それまでに報告事項(1)~(3)が不十分な場合は不可とする. おしまい
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