[공학]기계공학실험 유체역학 경계층실험

목차

1.실험목적
2.실험이론
3.실험방법
4.실험결과
5.실험결과 고찰
6.토의
7.참고문헌

본문내용

1. 실험 목적 :
고체 면에서 속도를 측정하여 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. 실험이론

(1)Boundary Layer
모든 유체는 점성을 가지고 있다. 점성을 가진 유체가 고체 표면을 흘러가면 유체 유동은 점착 조건(No Slp Condition)으로 인하여 고체 표면에서는 0의 속도를 갖고, 고체 표면에서 멀어질수록 유입속도 U를 회복하는 속도 구배를 갖게 된다. 이는 유체가 가진 점성에 의한 것이며, 이 영역을 벗어나면 점성의 영향은 무시될 수 있다. 이러한 유체 점성으로 인해, 고체 표면의 영향을 받아 속도가 변하는 얇은 층을 경계층이라 한다. 경계층 밖에서는 점성의 영향을 받지 않는 구간으로 유입속도 U를 갖게 된다.

(2) 배제 두께, 운동량 두께
경계층 두께(Boundary Layer Thickness)는 표면에서부터 속도가 자유흐름속도의 99%에 해당되는 위치까지 거리로 정의되나, 속도분포가 완만하면서 점근적으로 자유흐름속도에 도달되기 때문에 경계층두께를 측정하는 것은 어려운 일이다.
고체표면에 인접한 영역의 질량유량은 경계층이 없을 경우에 동일한 영역을 통과할 수 있는 질량유량보다 작다. 점성력에 의한 질량유량의 감소는 ∫이다. 이 때 w는 유동에 수직한 방향으로의 표면의 폭이다. 점성력이 없으면, 단면에서의 속도는 U일 것이다. 배제 두께(Displacement Thickness) δ는 경계층 내에 있는 질량유량결핍과 같은 양을 주도록 마찰이 없는 유동에서 고체표면이 배제 되어야 하는 거리이다. 경계면을 δ만큼 배제하면 ρUδw의 질량유량결핍을 초래한다. 따라서 그림1에 나타난 것과 같이

참고 자료

참고 문헌
‘유체역학’ 시그마프레스 허남건 공역, 유체역학 Wiley Roberson 공저