(기계공학실험) 경계층 측정 실험 (유체실험)

목차

1. 실험 목적
2. 실험 장비
3. 실험 이론
4. 실험 결과
5. 결과 분석 및 고찰
6. 토의
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
고체 면에서 속도를 측정하여 고체면 마찰(Solid Surface Friction)이 유동 흐름에 미치는 영향을 알아본다. Air Bench와 피토관을 이용하여 경계층 속도 Profile을 얻고, 경계층에 대한 이론을 실험을 통해 고찰해 본다

2. 실험 장비
1) Air Flow Bench AF10
2) Pitot tube
- 유체흐름의 총압과 정압의 차이를 측정하고 그것에서 유속을 구하는 장치이다. 대개 풍속의 측정, 항공기 ·선박 등의 속도계(대기 속도계 ·유압식 측정기)에 이용되고, 유속의 측정을 바탕으로 흐름의 양을 재는 유량계에도 사용된다. 그림과 같이 끝부분의 정면과 측면에 구멍을 뚫은 관을 말한다. 이것을 유체의 흐름에 따라 놓으면 정면에 뚫은 구멍 A에는 유체의 정압과 동압을 더한 총압이, 측면 구멍에는 정압이 걸리므로 양쪽의 압력차를 측정함으로써 베르누이의 정리에 따라 흐름의 속도가 구해진다.

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레이놀즈수는 유체요소에 작용하는 점성력에 대한 관성력의 비를 나타내는 척도이다. 레이놀즈수가 매우 작다면 (Re<<1), 이것은 문제에서 점성력이 지배적이라는 것을 나타내고 따라서 관성력을 무시하는 것이 가능할 것이다. 반대로 레이놀즈수가 큰 유동에서는 점성의 영향이 관성의 영향에 비해 상대적으로 작다.
- 층류와 난류
점성유동영역은 유동구조를 기초로 하여 층류와 난류로 구분된다. 층류영역에서 유동구조는 층상의 원활한 운동으로 특징져진다. 난류영역에서 유동구조는 평균운동에 추가하여 유체 입자의 불규칙적이고 3차원적인 운동이 부가된 것으로 특징져진다.
- 임계 레이놀즈수
유동이 층류에서 난류로 전이(transition)되는 지점에서의 레이놀즈 수를 임계 레이놀즈 수(critical Reynolds number)라고 한다. 실제로 이러한 전이는 점차적으로 진행이 되기 때문에 임계 레이놀즈 수의 값은 대략적인 값으로 보아야 한다. 원형 파이프 내의 유동의 경우 임계 레이놀즈 수는 약 2,300 정도이나, 레이놀즈 수 약 2,000 ~ 3,000 사이에서는 유동의 성질을 정확하게 말할 수 없다고 보아야 한다.

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참고 자료

Fundamentals of Fluid Mechanics, 6ed, Wiley by Munson, Young, Okiishi and Huebsch,
Introduction to Fluid Mechanics, OXFORD by Shaughnessy, Katz and Schaffer, 2005