[화공계측실험]Flow pattern - 유체 흐름

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 결과
4. 토의 사항
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
1.1. 층류(laminar flow)와 난류(turbulent flow)를 이해하고 Reynolds number에 따른 흐름 변화를 관찰한다.
1.2. 경계층(boundary layer)의 성장을 관찰한다.

2. 실험 이론 및 원리
2.1. 실험 요약
고체벽을 따라 유체가 움직일 경우 그 점성 때문에 벽면에서는 정지하고 있지만 그곳으로부터 주류에 이르기까지 매우 엷은 층에서 유속은 급격히 증대하는데 이 유체의 층을 경계층(boundary layer)이라고 한다. 본 실험은 그 경계층에 관한 실험으로, 유속이 다른 여러 가지 모양의 물체를 지나 흐를 때 나타나는 다양한 flow pattern을 관찰하고 boundary layer의 두께를 관찰해 보는 실험이었다. Body 모양과 boundary layer 두께의 관계, 유속과 boundary layer 사이의 관계, Reynolds number에 따른 유동의 형태 등을 알아보는 것이었다. 본 실험에서는 유속이 빠를수록 Boundary Layer Thickness가 작아지고 Re가 증가한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 고체의 Characteristic Length Scale이 클수록 Re가 커진다는 것도 알 수가 있다. 하지만 boundary layer가 눈으로 관찰하기 힘들 정도로 작고 bubble을 이용한 visualization이 효과적이지 못해 실험 결과에서 이론이 맞는지 직접 확인하지 못하였다.

2.2. Reynolds number & Boundary layer
Reynolds number는 물리적으로 점성력(viscous force)에 대한 관성력(inertial force)의 비를 나타내는 값으로 로 정의된다. 따라서 Re가 크면 관성력의 지배를 많이 받는 유동이고 Re가 작으면 점성력의 영향을 많이 받는 유동이 된다. Reynolds 수가 증가함에 따라 전단응력의 영향을 받는 영역이 감소하는 점을 착안하여 1904년에 Ludwig Prandtl이 경계층(Boundary Layer) 이론의 개념을 발표하였다.

참고 자료

기본 유체역학, 맹주성, 최영돈, 손병진, 도서출판 병진, 2000
Bird R.B, Stewart W.E, Lightfoot E.N, "Transport Phenomena", 2nd Ed. John Wiley & Sons, 2002. pp. 126∼140