5) Investigate and define the heating value at constant volume and pressure. Also, write about static pressure calorimeter. - 정적 발열량(Heating value at constant volume)일정한 부피를 유지하며 연료가 연소하였을 때 발생하는 열량- 정압 발열량(Heating value at constant pressure)일정한 압력 하에서 연료가 연소하였을 때 발생하는 열량왼쪽은 체적이 일정한 경우에서의 연소가정을, 오른쪽은 일정한 압력 하에서의 연소 과정을 나타낸 것이다. 각각의 경우에 대해 열역학 제1 법칙을 적용하면, 각각 내부에너지와 엔탈피가 일정하다는 결과를 얻을 수 있다.<중 략>6) Investigate the high heating value and the low heating value.- 고위 발열량 (High heating value)연료가 연소하는 과정에서 산소와 결합하여 수증기와 함께 가스를 배출하게 되는데, 이때 연 소 후의 가스 온도를 최초 상태까지 낮출 때 분리하는 열량을 뜻한다. 고위발열량(High heating value), 또는 총발열량은 가스 내부의 수증기가 응축하며 발산하는 응축열을 포함하 며 계산한다. 보통 기체 연료의 발열량을 계산할 때 사용한다.- 저위 발열량 (Low heating value)고위 발열량과는 달리 연소 가스 내부에 포함된 수증기의 증발열(혹은 응축열)을 제외하고 계 산한다. 보통 고체 및 액체 연료의 발열량을 계산할 때 사용한다. 다음과 같은 계산식을 이용 하여 저위 발열량을 계산할 수 있다.
2) Describe the flow pattern depending on the Reynolds number.유체의 관성력은 유체의 밀도와 속도의 제곱에 비례하는데, 레이놀즈 수가 커질수록 점성력보다 관성력의 크기가 상대적으로 커지므로 점성력이 더이상 유체의 빠르고 무작위적인 변동을 제어할 수 없게 된다. 즉, 쉽게 말해 유체의 유동이 ‘난류’로 변화하게 된다.반대로, 레이놀즈 수가 일정 수준 이하로 작은 경우 점성력이 유체의 요동을 제어할 수 있게 된다. 즉 유체가 일정한 “선” 상으로 유동할 수 있게 되며, 이때의 유동을 ‘층류’라고 부른다.유동이 난류로 변화하는 시점의 레이놀즈 수를 ‘임계 레이놀즈 수(Critical Reynolds number, Recr )’라고 부르며, 일반적으로 관 내 유동의 경우..<중 략>4) List, at least 5, reasons for the error.① 첫째로, 실험자의 관측 능력 부족 및 실험 방식의 문제 등을 오차의 원인으로 꼽을 수 있다. 유량을 측정하기 위해 시간을 재는 과정에서, 물 높이의 차이가 1cm가 되는 두 지점 사이의 시간 차이를 측정했는데, 난류에서 층류로 변화하는 실험 조건에서는 그 시간 간격이 매우 작아 오차가 다소 크게 발생했을 수 있다.② 2번째 실험을 진행하던 도중, 수조의 물 높이를 측정하는 과정에서 아래의 마개가 제대로 장착되지 않아 수조가 평평하게 위치하지 않고 기울어지는 문제가 발생했다. 이로 인해 유량이 정확하게 측정되지 않았을 가능성이 있다.③ Colored liquid의 유동 변화를 통해 상한 임계속도 및 하한 임계속도를 결정해야 하는데, 그 기준이 사람에 따라 다르기 때문에 실제 실험 조건에서의 상한(하한) 임계속도와 맞지 않았을 수 있다.
1) Observe and record various streamline of the figures through observing the visualization glass.1-1) Analyze the relation between the angle of attack and the variation of a separation point at the airfoil.두 경우 모두 Airfoil의 받음각(Angle of Attack, 이하 AOA)이 증가함에 따라 박리점(Seperation point)이 앞에 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한 받음각이 임계점을 지날 경우, 박리 현상이 매우 이르게 발생해 실속(Stall) 현상이 일어나는 것을 확인할 수 있다. 같은 AOA = 30°에서 비교할 때 moderate speed보다 fast speed case에서 후류(Wake)가 더욱 활발히 일어나는 것도 확인할 수 있다.1-2) Analyze the vortex shedding phenomenon.위 그림에서 알 수 있듯, fast speed에서는 airfoil 뒤로 후류(Wake)가 발생한다. 이때 마치 소용돌이와 같은 와류(Vortex) 현상이 일어나는데, 이처럼 와류가 물체 후류로 방출되는 현상을 Vortex shedding phenomenon이라고 한다2) What is curvature effect of the external flow?경계층(Boundary layer)에서의 속도 프로파일은 에어포일의 선두 근처에서 나타난다. 이때 경계층 바로 바깥에서 급격한 속도 강하가 나타나는데, 이 경우에는 일반적인 경계층 이론을 통해 경계층의 매개변수를 계산하는 것이 불가능해진다. 외부 유동의 표면에서 강한 curvature effect가 나타나기 때문이다. 또한, 유체는 큰 곡률을 가지는 Airfoil을 통과할 때 낮은 압력이 형성되는데, 곡률이 큰(볼록한) 구간을 지날 때는 고차원의 경계층 이론이 필요하다.
유량 8 L/min인 경우에서 평균 오차율이 가장 작으며, 9 L/min case에서 c~f 지점의 오차율은 3~4% 이내로 작은 값을 보이는 것을 확인할 수 있다. 유량이 이론값과 정확히 일치하지 않는 경우에는 그에 따른 오차가 조금씩 존재했으며, 유량이 일치하는 경우(8 L/min)에도 측정한 압력 수두의 값이 이론을 통해 구한 값보다 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 실험 결과에 오차가 발생하는 이유는 다음과 같이 분석할 수 있다. 첫 번째로 Bernoulli equation을 적용하기 위해서는 ① 정상 상태, ② 비압축성 유체, ③ 비점성 유동, ④ 동일 유 선상에서 성립해야 한다는 조건이 필요하다. 이번 실험 조건에서는 실험에 필요한 유체로 물을 사용하였는데, 물은 점성이 낮기는 하지만 비점성 유동으로 가정하기에는 오류가 존재한다. 실온(20℃)에서 물의 점성은 약 1.0087 cp(centi-poise)로, 펌프와 호스를 지나는 과정에서 압력 손실이 생겼을 가능성이 있다. 펌프가 시간에 상관없이 일정한 유량으로 물을 보낸다면 정상 상태를 가정할 수 있지만, 펌프의 출력이 직선을 그 리며 일정한 출력을 유지한다고 보기만은 어렵다. 따라서 시간에 따른(Transient) 변화 등으로 인해 관측 시점마다 속도 수두에 차이가 생겼을 수 있다. 두 번째로는, 압력계 내부에 미세 버블이 남아있을 가능성을 제시할 수 있다.
두 데이터를 비교하면, Horizontal Temperature (TH1~TH5)의 경우 TH1의 온도 데이터를 제 외하면 비교적 유사한 값을 보이는 것을 알 수 있다. TH1의 온도가 높게 측정된 이유로는 정확한 위치에서 기계로 측정하는 것이 아닌, 실험자의 손으로 대략적인 평형을 유지하는 높이 에서 온도를 측정했기 때문에 오차가 발생했다고 볼 수 있다. TH1을 제외한 Horizontal Temperature는 외기온도 T1과 비슷한 값을 보이며, 이는 Plate를 통과한 직후의 온도 T2 보 다 낮은 것을 알 수 있다. 그런데 Vertical Temperature data의 경우 Plate 바로 근처의 온도를 측정하는 것이기 때문 에, Thermal Boundary Layer(이하 TBL)의 영향을 받을 수밖에 없다. 이번 실험의 경우 상단 에 위치한 Fan에 의해 하단에 위치한 흡기구로부터 공기가 올라와 Forced convection을 형 성한다. 즉, 아래 그림과 같은 TBL이 형성된다. TBL 내부에서 각 지점의 온도를 측정했으므 로, TBL까지의 거리가 가장 작은 TV5의 온도가 가장 낮고, 거리가 가장 먼 TV1, TV2의 온도 가 가장 높은 결과가 나오게 된다. 그런데, TV1 < TV2의 결과가 나오는 이유는 세 가지로 유 추할 수 있다. < 중 략 >6) Investigate the convective heat transfer of the external flow in which the fluid flows in a direction perpendicular to the axis of the cylinder.원통 기둥을 지날 경우, 가장 두드 러지는 차이는 Critical Reynolds number의 변화이다.