광학기기를 이용한 유동장 측정 실험

소개

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목차

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

본문내용

1. 실험 목적
유동 현상을 해석하는 데 있어서 유동의 속도계측은 중요한 부분이다. 그 측정 방법으로는 피토관과 열선을 넣어서 측정하는 방법이 있고 다른 방법으로는 광학 계측기기를 이용하는 방법이 있다. 그러나 대부분 공학에서 분석하는 응용 유동장은 3차원의 속도성분 및 박리가 발생하는 복잡한 형태를 보이기 때문에, 유동장 내에 센서를 넣어서 측정하는 방법은 유동장의 방해를 가져오기 때문에 정확한 측정을 어렵게 한다. 따라서 최근에는 광학 계측 기기를 이용해서 실험을 수행하고 있다. 이 실험에서는 광학 계측 장비 중 하나인 PIV를 이용한 유속측정을 통해 유동현상을 이해하는 것이 주 목적이다.

2. 실험 이론

1) PIV의 측정 원리
속도장 계측 기법의 기본 원리는 시간간격 t동안 움직인 tracer 입자들의 변위정보를 화상입력장치에 저장한 후, 디지털 화상처리기법을 이용하여 입자변위를 계측하고 시간간격 t로 나누어 줌으로써 속도벡터를 추출하는 것이다.
속도장 계측은 입자화상(particle image)을 취득, 속도벡터를 추출하고, 추출한 속도장 결과를 나타내는 3단계 과정으로 이루어진다. 입자화상을 취득하는 과정은 먼저 적절한 tracer입자를 선정하고, Cylindrical 렌즈를 이용하여 레이져 평면광을 만들어 계측하고자 하는 유동평면을 조사하게 한다.

<중 략>

6. 결과 고찰 및 토의
이번 실험에서는 우리 손으로 어떤 것들을 조작하기 보다는 실험 장비를 세팅을 하고 그 장비들이 측정을 해주는 방식이었기 때문에 우리가 실험 과정에서 조작 실수를 하여 발생하는 오차는 적다고 할 수 있다. 대신 다른 요인에 의하여 발생한 오차가 있는데 그 내용은 다음과 같을 것이다.
첫째, 이번실험에서 레이놀드 수나 카르만 볼텍스의 주기를 구하기 위해서는 모든 데이터를 사용하는 것이 아니라, 장치가 찍은 velocity field를 바탕으로 상대적으로 free stream 이라고 판단되는 구간을 찾아내어 평균유속을 구해야했다. 우리 조에서는 평균유속을 찾을 때 1.8초동안 찍은 사진을 동영상으로 만들어서 반복적으로 살펴본 다음 실린더에서 멀리 떨어져 있으면서 상대적으로 velocity의 변화가 크기 않은 구간을 sampling하여 메일로 받은 실험값을 바탕으로 평균유속을 산출하였다. 우리 조에서는 나름 섬세한 과정을 거쳐서 평균유속같은 데이터를 산출해냈지만 그 구간의 선정이 동영상을 살펴보고 이루어진 것이므로 어느 정도 주관적인 부분이 개입되었을 것이다.

참고자료

· - Fluid Mechanics Fundamentals and Applications ? Cengel Cimbala
· - http://www.cyworld.com/sadalsuud1979/7275557
· - 위키피디아 : http://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%A1rm%C3%A1n_vortex_street