본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
실험 목적은 실제 유체의 유동이 점성에 의한 마찰로 인해 이상 유체의 유동보다 대단히 복잡하다는 점에 착안하여, 파이프 안 유체의 유동 상태와 레이놀즈수와의 관계를 이해하고 층류와 난류의 개념을 이해하며, 레이놀즈수를 계산하는 데 있다. 즉, 점성유동의 특성을 실험을 통해 확인하고 유동 상태와 레이놀즈수의 관계를 규명하고자 하는 것이다.
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 유체의 특성
유체는 액체, 기체, 증기 등을 통틀어서 일컫는 말이다. 유체는 고체와 달리 그 형태가 쉽게 변화되며 일정량의 유체의 모양을 변형시키려고 하면 유체의 얇은 층이 다른 층을 미끄러져서 마침내 새로운 모양이 이루어진다. 이러한 변형 중에는 전단응력(shear stress)이 나타나게 되는데 그 크기는 유체의 점도(viscosity)와 미끄럼 속도에 따라 달라진다. 그러나 일단 새로운 모양이 형성되면 모든 전단응력은 소멸된다. 이때 유체는 평형상태에 있다고 말한다. 평형 유체에는 전단응력이 없다. 주어진 온도와 압력에서 유체의 밀도는 일정한 값을 가진다. 온도와 압력을 다소 변화시켰을 때 밀도가 별로 변화하지 않는 유체는 비압축성유체(uncompressible fluid)라 하고, 밀도가 민감하게 변화하는 것은 압축성유체(compressible fluid)라 한다.
1.2.2. 층류와 난류
층류와 난류는 유체의 흐름 상태에 따라 구분되는데, 유체 입자들의 운동 형태에 따라 뚜렷한 차이를 보인다.
층류는 유속이 느릴 때 유체 입자들이 일직선으로 흐르는 경우이다. 이때 유체 입자들은 서로 섞이지 않고 평행하게 움직이며, 착색액의 흐름 형태가 직선을 이룬다. 유체 입자들의 운동이 규칙적이고 질서 정연하기 때문에 층류라고 한다.
반면 난류는 유속이 빨라져 임계속도를 넘어서면 유체 입자들의 운동이 불규칙해지는 경우이다. 이때 유체 입자들은 상하, 전후로 흩어져 움직이며, 착색액의 흐름 형태가 뭉게구름 형태를 띤다. 유체 입자들의 운동이 복잡하고 불규칙적이기 때문에 난류라고 한다.
층류와 난류의 경계에는 전이영역이 존재한다. 전이영역에서는 유체 입자들의 운동이 불규칙하고 와류가 발생하여, 착색액의 흐름 형태가 뭉게구름...
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