[기계공학실험] 경계층실험 (유체실험)

소개

기계공학 실험 중 피토관 실험을 통한 경계층 실험입니다.

A+ 이론 및 실험 결과, 토의, 결론 또한 포함되어있습니다.

목차

1.실험목적
2.실험이론
(1) Boundary Layer
(2) 배제 두께, 운동량 두께
(3) Reynolds No.
(4) Pitot tube

본문내용

1.실험목적
고체 면에서 속도를 측정하여 고체면 마찰(Solid Surface Friction)이 유동 흐름에 미치는 영행을 알아본다. Air bench와 피토관을 이용하여 경계층 속도 Profile을 얻고, 경계층에 대한 이론을 실험을 통해 고찰해 본다.
2.실험이론
(1) Boundary Layer
Fig.1 경계층 성장
모든 유체는 점성을 가지고 있다 점성을 가진 유체가 고체표면을 흘러가면 유체 유동은 점착 조건(No Slip 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.
Fig 1. 은 평판상에서 경계층 성장에 관한 전형적인 예를 도시한 것이다. 자유유동 속도 U의 등류 유동장에 유동방향과 평행하게 매끈한 표면을 가진 평판을 놓았을 때 평판선단으로부터 경계층이 생성되어 성장한다.이 때 평판선단으로부터 어느 거리까지는 층류유동의 경계층이 형성된다. 이 경계층을 층류경계층 (Laminar boundary layer)이라 한다. 층류경계층이 어느 정도 성장하면 난류유동으로 천이된다. 그러나 이 천이는 한 위치에서 급격히 일어나는 것은 아니고,난류가 발생하기 시작한 위치로부터 완전히 난류유동으로 천이되는 데에는 어느 정도의 구간이 필요하다. 이 구간에서는 층류와 난류 유동이 부작위하게 번갈아 나타나면서 완전난류역으로 진입한다. 이 천이구간을 경계층 천이역(Transition region)이라 한다. 천이역을 지나면서 유동은 전체가 난류로 변한다. 이 난류유동을 하는 경계층을 난류경계층(Tubulent boundary layer)이라

참고자료

· ○기초 유체역학 박성환외, 2003 건기원
· ○기계공학실험 강건 외 2명 공저,2000 보성각 출판부
· ○유체역학 배신철외 공역, 2000,사이텍미디어
· ○http://blog.naver.com/ararikim?Redirect=Log&logNo=70005762678
· ○http://blog.naver.com/tripledb?Redirect=Log&logNo=140025548299