유동가시화(Flow Visualization Apparatus) 결과 레포트
분야
hwp2. 실험원리
3. 실험기구
4.실험방법
5.결과
6. 고찰
1) Visualization Flow 실험 장치를 이용해 원형, 사각형, 익형(비행기 날개형) 등의 물체
(시편) 주위를 지날 때의 유동에 대한 유선을 가시화하고, 물체의 형상에 따른 물체주위
유동장의 차이를 관찰한다.
2) 레이놀즈수(Reynolds number)에 따른 유동장의 차이를 관찰하고 Reynolds number의
물리적 의미를 이해한다.
2. 실험원리
▶ 유동 가시화(Flow Visualization)
유동 정보를 가장 손쉽게 얻을 수 있는 방법으로 전달 현상 과정을 가시화 한 것이다. 속도, 압력, 밀도 및 온도 등과 같이 우리 눈에는 보이지 않는 유동 정보의 공간분포를 시간과 공간의 어떤 범위 안에서 눈에 보이도록 하는 것.
▶ 경계층(Boundary layer)의 성장
그림 평평한 판에서의 경계층
이상유체(ideal fluid)는 점성이 없으므로 고체표면과 만나도 유속이 감소하지 않으며 이런 유체의 흐름을 potential flow 하고 한다. 그러나 실제로 존재하는 모든 유체는 점성을 가지고 있으므로 고체표면과 접촉할 때 유속이 감소하여 bulk 유체와 다른 속도를 갖는 얇은 유체의 층이 생긴다. 여기에서는 고체 표면에서의 거리에 따라 속도가 증가하는 속도분포를 갖게 되며 통상적으로 bulk 유체의 99%에 해당하는 속도를 갖는 지점까지를 경계층이라 한다(그림 2). 경계층 밖에서는 속도가 bulk 유속으로 회복된다.
▶ 경계층의 분리(boundary layer separation)
유체에 잠겨있는 물체의 표면과 접촉하면서 유체가 흐를 때 표면의 형상 때문에 유속의 크기와 방향의 급격한 변화가 나타나는 경우 경계층은 고체 표면에서 분리되게 되며 그 결과로 와류가 생기게 된다. 갑작스러운 유로의 확대나 축소, 심한 굴곡 및 유선형이 아닌 장애물 등에 의해 주로 일어나는데 연속적으로 증가하는 유로에서도 직경이나 폭의 증가율이 어느 정도 이상일 때 이와 같은 현상이 생긴다. 또한 구나 원통의 원조를 지나는 유체의 흐름에서도 경계층이 표면으로부터 분리되는데 그 분리 위치는 유체의 속도 및 성질에 따라 달라진다(그림 4). 표면에서 유체의 속도기울기(du/dy)가 0 이 되는 점의 하류에서는 속도가 음의 값을 갖게 되어 반대 방향의 흐름, 즉 와류가 나타나게 된다(그림 5). 따라서 경계층이 분리가 되는 점은 속도의 기울기가 0 이 되는 점이다.