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기계항공공학실험 속도실험B 소스 기항실 속도B

Introduction속도 실험에서는 PIV의 작동원리를 이해하고 PIV를 이용하여 원형 실린더 후류의 속도장을 측정하고 분석함으로써 유동해석 실험의 테크닉을 익히고 서로 직경이 다른 두개의 원형 실린더 후류의 속도장의 분석을 통해 Karman vortex shedding의 측정과 동일한 Reynolds number 하에서의 역학적 상사에 대하여 알아보고자 한다.본 실험에서는 직경 5mm 와 8.2mm 의 원형실린더를 Reynolds number 400으로 고정하여 실험하기 위해 해당 직경에 맞는 유속과 그에 맞는 펌프의 출력을 먼저 결정하였다.Reynolds number는Re= {UD} over {nu} (U는 유속,D는 장애물의 지름,nu는 물의 kinematic viscosity,1.0 TIMES 10 ^{-6} m/s ^{2}) 이므로 정리하면U={Re nu}overD 이다. 또한 유속과 펌프의 관계에 대해서는 속도실험A의 결과,U=`0.0054` TIMES P(Hz)`+`0.017 을 이용한다.따라서 지름 5mm 원형 실린더에서는,U _{D=5} = {400 TIMES 1.0 TIMES 10 ^{-6}} over {0.005} =0.08m/s 이므로 펌프의 출력은11.66Hz 이나 실제 실험에서는 정확히 눈금을 맞추기가 어려운 관계로11.76Hz 로 맞추어져U=0.0805`m/s 가 된다.또한 지름 8.2mm 원형 실린더에서는U _{D=8.2} = {400 TIMES 1.0 TIMES 10 ^{-6}} over {0.0082} =0.0488m/s 이므로 펌프의 출력은5.88Hz 이나 실제 실험에서는5.97`Hz 에서U=0.04928`m/s 로 실험하였다.또한 PIV 실험의 특성상 경험식인 1/4 law 를 만족시키기 위해 가로세로 32pixel 인 interrogation area 의 1/4 이하로DELTA x를 맞추어야 한다.실험에서 주어진 값으로부터 interrogation area의 길이는0.47mm이고,DELTA x=U TIMES DELTA t 이므로DELTA x` LEQ `0.47mm ,DELTA t` LEQ ` {0.47mm} over {U} 이므로 각각의 유동속도U를 대입해보면 아래의 표와 같은 결과를 얻는다.실린더 직경D=5mmD=8.2mm유동속도U _{inf}0.0805m/s0.04928`m/sDELTA t5880 mu s9523 mu sfps170105Result① 각 원형 실린더의 중심위치 측정촬영된 사진파일을 통해 아래 그림과 같이 실린더의 중심위치를 측정한다.측정 결과는 pixel 단위로 측정되는데 이를 통해 실제 중심의 위치를 구하면 다음과 같다.비트맵 파일을 이용한 실린더의 중심 위치 측정직경5mm 원형 실린더중심위치(14.717mm,`20.216mm)직경8mm 원형 실린더중심위치(11.892mm,``23.281`mm)실험결과인 .vec파일의 원점은 좌측하단으로 맞추어져 있으므로 위의 중심점의 위치를 이용하여 time-averaged 된 .vec 파일의 원점을 보정한다.② 벡터파일을 time averaging 하여 stream line 표현streamline은 유동하는 유체의 각 위치에서의 속도벡터가 streamline의 접선과 방향이 일치하도록 그은 선이다. Streamline은 다음과 같이 정의된다.({dx}over{dt} , {dy}over{dt})=(u, v) ,{dy} over {dx} = {u} over {v}time averaged 된 stream line을 표현하기 위해 Matlab 을 이용하여 각 .vec 파일을 time averaging 하고 Tecplot을 이용하여 다음과 같은 time averaged stream line 을 얻었다.time averaged stream line직경5mm 원형 실린더직경8mm 원형 실린더③ 벡터파일을 time averaging 하여 속도장을 plot하여 separation point, angle 측정장애물이 유체의 흐름을 방해하는 경우 장애물의 앞에서는x축에 따라(유체의 흐름방향에 따라) 압력이 증가하게 되는데 이것을 adverse pressure 라고 한다. 이 때 유체가 흐름과 반대 되는 방향으로 힘을 받게 된다. 이로 인해 물체와 유체의 경계면 근처에서의 유속은 점차 감소하다가 유속의 방향이 반대(backflow)가 되는 구간이 생긴다.바로 유체의 속도가 반대방향이 되는 결정적인 지점에서 유체의 흐름이 떨어져나가는 점이 존재하게 되는데 바로 이 점에서 separation이 발생하게 된다. Separation은 유체의 흐름이 두 방향으로 나누어지는 것을 말한다.Backflow가 발생하지 않는다면 물체의 경계면에서 물체와 멀어지면서 자연스럽게 속도가 증가하여 경계면에서{PARTIAL u} over {PARTIAL y} >0이 된다. Backflow가 있을 때는 물체로부터 멀어지면서 일시적으로 속도가 감소해야 하므로 경계면에서{PARTIAL u} over {PARTIAL y}

공학/기술| 2014.04.04| 8페이지| 2,000원| 조회(181)

소스, 기계항공공학실험, 기항실, 속도실험B, 속도B

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기계항공공학실험 속도실험A - 기항실 속도A

1. 펌프의 출력을 5Hz 에서 20Hz 까지 5Hz 단위로 올려가며 300장의 사진을 촬영하고 각각 150개의 instantaneous velocity fields 를 Matlab을 이용하여 해당 펌프 출력에 대한 averaged velocity field 값을 구하였다.결과는 아래의 표와 같다.Pump output (Hz)averaged velocity field (m/s)fps(frame/sec) / Δx(μs)50.0380150 / 6667100.0761150 / 6667150.1043300 / 3333200.1189300 / 3333 각각의 Pump out 에 대한 averaged velocity field2. 위 의 결과를 이용하여 펌프의 출력에 대한 averaged velocity field 의 plot 을 표현하고 linear approximation 을 하면 아래 과 같은 그래프와 선형 근사식을 얻을 수 있다. Pump out 에 대한 averaged velocity field의 linear approximation3. 이번 실험에서는 약간의 문제가 발생하였는데, 20Hz에서 'FlowVision'을 이용한 PIV 계산과정에서 컴퓨터의 오작동으로 인해 실험을 한 데이터가 모두 소실되었다는 것이다.이로 인해 다른 조의 사진결과물을 가져와 PIV 계산만 다시 수행해서 결과값으로 사용하게 되었는데 의 fitting 결과를 보아도 확연히 20Hz의 값이 낮은 것을 알 수 있다. 또한 그 결과로 이론상 그래프는 원점을 지나야 하는데, y절편 값이 상당히 큰 오차를 보이고 있다. 다른 조의 결과를 이용하다 보니 물의 양이 정확히 같지 않을 수가 있고, 다른 날에 시행된 실험이기에 온도 등 다른 조건들이 상이함으로 인해 발생한 결과일수도 있다.그런 이유로 4번째 20Hz 에서의 결과물을 제외하고 linear approximation을 하면 아래 의 결과를 얻게 된다. 의 결과와 비교하면 근사식의 fitting 이 훨씬 잘 이루어져 있는 것을 볼 수 있다.

공학/기술| 2014.04.04| 2페이지| 1,000원| 조회(129)

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