열선풍속계(Hot-wire를 이용한 평균속도와 난류측정)

소개

열선풍속계에 대해 조사 정리한 자료입니다

목차

1. 열선풍속계의 원리
2. 난류 유동에 대한 Reynolds decomposition
3. 축대칭 난류제트
4. 자료 획득 방법

본문내용

열선풍속계는 그 회로적 구성과 측정방법에 의하여 정전류법(constant current method)과 정온법(constant temperature method) 의 두 가지로 나뉠 수 있다. 정전류법은 열선에 일정한 전류를 가하고 열선의 온도변화에 의한 저항의 변화가 열선에 걸리는 전압의 변화를 일으켜 이를 측정하는 방법이다. 이에 대해 정온법은 브릿지 회로에 feedback을 가해 열선의 저항 및 온도가 항상 일정하게 유지된다. 이 때, 열선에 흐르는 전류 및 전압에 따른 속도에 따른 변화를 측정하는 방법으로 정전류법에 비하여 고주파수 응답특성이 우수하기 때문에 열선풍속계의 주종을 이루고 있다.
일반적으로 열선풍속계는 주위의 여러 환경(유체의 온도, 열선의 온도, 유체의 물성, 전선의 접촉저항 등)에 민감하게 반응하므로 상수 A, B의 값을 사전에 이론적으로 결정하는 것은 거의 불가능하다. 따라서 이미 속도를 알고 있는 유동 속에 열선을 위치시키고 열선의 전압을 측정하여 양자의 관계로부터 위 상수의 값을 실험적으로 결정하는 검정(calibration)과정이 항상 측정에 앞서 수행되어야 한다. 다음 그림은 전형적인 열선 풍속계의 검정곡선인 유속 대 전압의 관계를 보여준다. 열선풍속계는 기본적으로 열전달의 원리를 응용한 센서이기 때문에 일반적인 센서가 갖추어야 할 선형성(linearity)을 갖추지 못한다. 통상적으로 검정과정은 위치에 따라 균일한 유속분포를 갖는 유동장에 pitot 관과 열선을 놓고 pitot 관에서는 유속을 측정하면서 열선의 전압을 측정하고 유속을 변화시키는 과정을 거치게 된다.
열선풍속계의 통상적인 주파수 대역은 DC ～100KHz 에 이르기 때문에 시간에 대하여 유속이 빠르게 변화하는 난류유동장의 속도측정에 널리 사용된다. 그 이유는 열선의 직경이 매우 작아서 외부 유동장의 변화에 민감하게 반응하기 때문인데, 이는 pitot 관에는 없는 열선풍속계의 장점이라 할 수 있다. 그 반면에 열선풍속계의 단점으로는 열선이 매우 가늘고 연약하여 파손되기 쉽고 유속측정의 선행단계로서의 검정과정이 필요하다는 것이다.

참고자료

· 없음