경계층 측정 실험

소개글

기계공학 실험1

경계측 측정 실험입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이 론
3. 실험 방법
4. Data Sheet

본문내용

경계층 측정 실험
1. 실험 목적
① 고체면 마찰(Solid Surface Friction)이 유동 흐름에 미치는 영향을 알아본다.
② Air Bench와 피토관을 이용하여 경계층 속도 Profile을 얻는다.
③ 경계층에 대한 이론을 실험을 통해 고찰해 본다.

2. 이 론
(1) Boundary Layer
유체가 고체 표면 위로 흐르면 점착 조건에 의하여 표면 가까이의 얇은 영역에서 큰 속도 구배가 발생한다는 것을 알고 있다. 유동이 하류로 진행할수록 이 경계층의 두께는 증가한다. 왜냐하면, 속도가 느린 유체의 층들이 빠른 충돌에 마찰력을 가하고, 또 점점 더 많은 유체가 점성응력에 의하여 감속되기 때문이다. 내부 유동에서는 이 층들이 결국 만나게 되어 더 이상 성장하지 않는다. 그러나 배의 선체, 비행기의 동체, 또는 풍동의 중심에 놓인 평판 주위의 유동과 같은 외부 유동에서는 경계층이 계속 성장하고, 완전히 발달된 상태는 존재하지 않는다. 따라서 나비에-스톡스 방정식의 비선형 가속도항들이 더 이상 0이 아니므로 해석은 더 어렵다. 그렇지만, 영각이 0인 평판 위의 유동과 같은 단순한 유동에 대해서는 적분형 연속 방정식과 운동량 방정식을 이용하여 경계층의 성장률과 유동이 평판에 가하는 항력을 근사적으로 구하는 것이 가능하다.
여기서 층류 경계층은 레이놀즈수 가 100,000이하일 때 판 위에 발생하는 유동인데, 여기서 는 전연(Leading edge)에서부터의 거리고, 는 경계층 외부의 속도이다. 속도 는 일정하다고 가정하므로 이다. 또한, 판은 평판이고 경계층이 얇다고 가정할 것이다. 따라서 유선들은 거의 평행하고 이다. 유동은 정상 상태이고 유체의 밀도는 일정하다.

유입 속도는 균일하고 유출 속도의 분포는 마찰벽 가까이에서 감속되므로 거리 안에서 유동 방향 속도 u<이다. 실제로, u는 점근적으로 자유 유동 속도에 가까워지므로, 경계층 두께 는 u가 와 거의 구별할 수 없는 지점의 거리로 정의한다.

참고 자료

- 위키 백과사전
- 두산 백과사전 (네이버 백과사전)
- <유체역학> Wiley, 시그마프레스, Alexander J. Smits 지음, 허남건 외 3명 옮김