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유체역학 관련 적용사례

목 차1. 서론2. 관련용어 및 이론3. 유체역학의 적용사례4. 적용사례의 문제풀이5. 결론6. 참고자료1. 서론지구의 생성 이후 계속되는 공기와 물의 순환, 태어날 때부터 주어진 인체 순환기 계통의공기와 혈액의 유동, 그리고 인류가 개발하고 발전시켜온 모든 기계장치에서 유체의 유동은 우리 인류생활의 근원을 이루고 있기 때문에 유체역학은 계속 발전되고 연구되어야 하는 필수적인 분야이다. 생활 속에서 유체역학적 지식의 활용 사례를 조사해 보았다.2. 관련 용어 및 이론1) 베르누이 방정식베르누이는 밀도가 일정한 유체를 이용한 실험으로부터 다음과 같은 관계식이 성립한다 는 사실을 입증하였다.이 식에서 각 항의 단위를 살펴보면 (N·m)/N 라는 것을 알 수 있다. 이 단위는 물리적으 로 유체의 단위 중량(N)당 에너지(N·m)를 의미한다.2) 경계층 이론물체 표면에 인접한 경계층이라 부르는 얇은 영역에서만 점성의 영향은 중요하며 경계층 밖의 영역에서는 점성의 영향을 무 시할 수 있으며 비점성 유동으로 취급할 수 있다는 이론으로서, 공기가 에어포일 주위를 높은 Reynolds 수인 상태로 흐를 때 상류의 균일한 자유흐름은 정체점에서 위와 아래로 갈라져서 물체 주위를 따라 흐른다. 공기는 연속체이므로 물체 표면에서 비활조건을 만 족하며 공기의 속도는 물체 표면의 속도와 같게 된다. 이때 점성의 영향이 지배적으로 작용하는 경계층이 물체의 윗면과 아랫면에형성된다. 경계층은 에어포일의 앞전에서부터 발생되며 앞전 부근에 발생되는 경계층 속의 유동은 층류이다. 층류경계층은 자유흐름상태, 표면조도, 압력구배의 영향을 받으며 정체점으로부터 어느 정도 떨어진 곳에서 천이 경계층으로 변화된다. 천이경계층으로 변화된 이후 곧 경계층은 난류 경계층으로 변한다. 난류경계층의 두께는 층류경계층보다 훨씬 급격히 성장한다. 경계층 밖의 유선이 에어포일에서 멀어지는 쪽으로 변위되는 현상은 에어포일 표면에 발생된 경계층의 두께가 두꺼워지기 때문이다. 에어포일의 뒷부분으로 유동이 진행되면서 압력이 ds 수와 전혀 무관하다. 이는 박리점이 물체의 기하학적 형상에 따라 고정되기 때문이다.3. 구와 원통 주위의 유동골프공의 표면이 움푹 들어가도록 만든 딤플은 공이 빠른 속도로 날아갈 때 표면의 경계층이 난류경계층으로 변하도록 인위적으로 만든 것이다. 이런 사실을 확실하게 입 증하기 위하여 몇 년전 딤플이 있는 공과 없는 공을 이용한 실험을 실시하였는데 표준 공이 날아간 평균거리는 215 yard였으나 매끈한 공의 평균거리는 겨우 125 yard 였 다. 또한 구의 표면을 거칠게 하면 층류와 난류 사이의 천이 발생위치에서 발생하는 국 소적인 진동을 억제할 수 있다. 이러한 진동은 날아가는 구에서 항력의 변화와 양력의 불규칙 변동을 유발한다. 야구에서 너클볼을 던지는 것은 이상한 행동을 해서 타자를 혼란 시키기 위해 하는 것이다. 거의 스핀이 없는 상태로 공을 투구하여 공이 타자에게 날아갈 때 예측할 수 없는 형태로 천이를 일으키도록 투수는 공의 봉합선 역할을 이용 한다. 이렇게 하면 공은 날아가는 도중에 투수가 원하는 변화를 일으킨다.4. 물체의 유선형화많은 물체의 뒤쪽에 생기는 박리유동영역은 물체의 형상을 유선형으로 만들면 감소 또는 제거시킬 수 있다. 물체를 유선형으로 만드는 목적은 물체의 두께가 최대인 위 치의 하류에 발생하는 급격한 역압력구배를 감소시키는 것이다. 물체를 유선형으로 만 들면 경계층의 박리를 지연시키고 압력항력을 감소시킬 수 있다. 그러나 물체의 뒷부분 을 유선형이 되도록 만들면 물체의 표면적은 증가되고 이로 인하여 표면마찰항력은 증 가된다. 감소되는 압력항력과 증가되는 표면마찰항력을 종합해 보면, 최적의 유선형 모 양은 총 항력이 최소화될 수 있는 형태이다.항력이 작은 에어포일에 대한 관심은 1930년대부터 크게 고조되었다. 미국 NASA의 전신인 항공자문위원회는 천이가 에어포일 선단에서 익현길이의 60~65% 뒤쪽으로 지 연되는 여러 계열의 층류에어포일을 개발하였다. 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 방법이 급속도로 발전하면서 항력을 최소화 그 차는 회전비가 증가함에 따라 점점 작아진다.3. Magnus 효과비행하면서 회전하는 물체는 유체의 유동방향에 수직하고 물체의 회전축에 수직한 방 향의 힘을 발생하는 현상을 마그너스 효과라고 부르며 비행 중인 포탄이 규칙적인 탄도 편차를 일으키는 원인은 바로 이 효과 때문이다. 회전하는 원통 주위의 유동현상은 그 림 1.13와 유사하다. 원통이 시계방향으로 회전할 때, 원통의 위쪽 면에서는 박리가 일어나는 지점이 뒤로 이동되고, 아래쪽 면에서는 박리지점이 앞쪽으로 이동하여 후류 는 편향된다. 윗면에서 압력은 감소되고 아랫면에서 압력은 증가되어 위쪽으로 작용하 는 유효양력이 발생된다. 스핀을 반대방향으로 작용하면 윗면과 아랫면의 압력 변화가 반대로 일어나고 아래 방향으로 양력이 발생된다.4. Mach 수온도 변화가 없는 기체 유동은 유동속도가 음속에 비하여 아주 작으면 비압축성 유동으 로 취급할 수 있다. 기체 중에서 유동속도와 국소 음속의 비를 마하수로 정의한다.인 경우, 기체의 최대 밀도 변화는 5% 미만이므로 기체 유동은 비압축성으로 취 급 할 수 있다. 표준 상태의 공기중에서 음속은 약 340 m/s 이므로 공기의 유동에서이면 약 100 m/s의 속도에 해당된다.인 기체의 유동은 압축성 유동으로 취급한다. 압축성 유동은 마하수가 0.3부터 1사이에 있을 때 아음속 압축성 유동이라 하고, 마하수가 1보다 큰 유동은 초음속 압축성 유동이라 한다.3. 유체역학의 적용사례(1) 골프작은 크기의 공을 빠른 속도로 먼 거리까지 비행시켜야 하는 특성을 가진 운동○ 골프공 - 다른 구기 종목에서 볼 수 있는 공과는 전혀 다른 형태의 표면즉, 공의 표면은 미끄럽지 않고 작게 움푹 파인 곰보모양 → 딤플(dimple)○ 클럽 - 공을 치는 도구샤프트라 부르는 원형 막대와 헤드라고 부르는 금속 또는 나무면이 부착헤드는 막대의 길이에 따라 수직선에 대하여 각각 다른 각도를 갖도록 부착헤드 면은 매끈하지 않고 수평방향으로 오목하고 홈이 파여 있다.▷ 골프공의 표면이 거친 이공기저항을 감소▷ 주행 중 공기저항의 65~80%는 선수의 몸이 받는 저항 이므로 선수의 자세와 착용하는 헬멧의 모양이 중요▷ 사진은 영국 로터스에서 제작한 Type 108 트랙자전거의 초기형으로 말하자면 지나지게 뛰어나서 금지된 싸이클 자전거.F1 엔지니어들이 설계하고 제작한 자전거로 공기저항을 최소화하기 위한 형상 및 무게 를 최소화 하기 위한 노력이 보여짐.금지된 이유는 선수들의 실력차이가 아닌 자전거 기술력의 차이로 금메달이 결정되는 아 이러니한 현상이 발생되었기 때문.(5) 자동차 경주▷ 고속으로 질주하는 경주용 자동차에는 주행방향의 반대방향으로 작용하는 공기저항(항력) 외에 주행방향에 수직한 힘(양력)도 발생.▷ 곡선도로상에서 접지력을 확보하기 위해서 지면 쪽을 향하는 양력이 발생하도록 스포일러를 부착.(6) 낚시의 찌▷ 일반적인 유체의 저항- 형상저항은 물체의 앞 쪽을 둥글게 하는 것도 중요하지만, 물체의 뒤쪽에 와류가 발생하지 않도록 하는 것 더 중요- 마찰저항은 물체의 표면 근처에서 유체가 미세하게 동글동글 뒹굴면서 흐르기 때문이다.▷ 물체의 형상저항을 줄이기 위해서 - 유선형으로 한다.(7) 비행기의 날개위 표면을 흐르는 공기가 아래 표면을 흐르는 공기보다 빨리 흐르도록 되어 있다.날개는 위쪽의 흐름을 따라 약간 뒤쪽을 향하는 큰 공기역학적 힘을 받는다.-위쪽 성분의 힘 : 양력-흐름이 따르는 성분의 힘 : 항력비행기 날개의 앞과 뒤쪽에는 슬래트와 플랩이 있어서 공기의 흐름을 바꾼다.○ 순항중인 비행기의 날개는 부드러운 곡면○ 이착륙 시에 슬래트가 앞쪽에서, 플랩이 뒤쪽에서 펼쳐져 날개는 더욱 곡선으로 되어, 낮은 속력에서도 양력이 보다 많이 생겨남.○ 착륙시에는 베인이 펼쳐져 난기류가 생기고 날개의 양력을 감소시키고 저항력을 증가(8) 수영복수영복은 물속에서 수영하는 사람의 물에 대한 저항을 줄이며 수영자의 몸 주위에 흐르는 물의 유동에 영향을 미침.▷ 표면마찰항력은 유체가 가지는 끈적끈적한 성질인 점성에 의한 항력으로 유체가 맞닿는 운동복가 양력(揚力)을 높여주고 항력(抗力)을 줄여 주는 ‘지면효과’ 덕분에 적은 에너지로 멀리 날 수 있는 원리 를 응용한 것이다.위그선은 항공기와 배의 장점을 두루 갖춘 미래형 운송수단 이다. 배보다 3배 이상 빠르면서 요금은 항공기의 절반도 안 된다. 배로 17시간, 비행기로 1시간 반쯤 걸리는 인천∼중국 칭다오를 2시간에 주파할 수 있다. 높은 파도에 달릴 수 없는 단점도 기술적 보완이 진행되고 있다. 용도도 여객·물류 수송, 도서지역 해상택시, 긴급구조, 해양 레저 등 무궁하다. 한국은 2005년 의욕적인 대형 위그선 개발사업을 세웠지만 이후 참여업체들이 경제성 등을 이유로 소극적으로 돌아선 상태다.중국이 위그선 개발에 성공했다는 소식이다. 이번에 개발한 위그선은 시속 300㎞로 달릴 수 있으며 최대 적재량은 4t이라 한다. 한국이 머뭇거리는 사이 중국이 장래의 위그선 시장에서도 추격해 오는 것 같다※ 스포일러의 공기역학공기역학적인 효과를 위해 장착○ 스포일러의 모양 - 단면이 비행기 날개와 정반대? 비행기 날개 - 양력을 받아 몸체를 떠오르게 하는 역할? 자동차 스포일러 - 다운포스(지면으로 누르는 힘)를생성하여 차체 뒤쪽을 지면으로 눌러주는 역할▷ 고속 주행시 - 차체 앞부분에서 몸체를 따라 뒤쪽까지 흘러온 공기는 스포일러와 트렁크면의 틈으로 들어가게 된다. 저속 주행 때는 상관없지만 시속 70마일 이상으로 달릴 때는 유체의 흐름 때문에 스포일러에 의한 다운포스 효과가 유지되는 것이다. 만일 이런 다운포스가 떨어지면 주행 중 접지력을 감소시켜 제동력이 떨어지고 안정성을 해치는 효과를 낳게 된다.▷ 스포일러의 궁극적인 목적고속 주행 중에 차체를 밑으로 눌러주는 힘을 유지하여 차량 뒷부분이 상승하는 것을막아주는 일▷ 가장 최적의 스포일러가변식 스포일러 - 포르세의 트레이드마크로 알려진 속도에 따라 펴졌다 접혔다 하는 스포일러▷ 주의할 점스포일러는 자동차의 크기에 알맞은 제품으로 골라야 한다. 만약 차체에 맞지 않게 너무 큰 스포일러를 장착하게 되면 공기의 .

공학/기술| 2008.10.29| 25페이지| 2,000원| 조회(2,419)

유체, 경계층, 층류, 난류, 관련사례

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기준냉동사이클

2008-1 열공학실험. 기준냉동사이클1. 기준 냉동사이클(법정 냉동사이클) 조건2. 법정 냉동능력 (R) 산정방법2-1. 일반적인 방법2-2. 고압가스 안전관리법에서의 방법 기준냉동사이클같은 냉동장치에서도 냉동능력은 응축온도 , 증발온도 , 팽창밸브 입구 냉매액의 과냉각도, 흡입증기의 과열도에 따라 다르다.그런데 , 고압가스 안전관리법에서는 허가대상 , 안전관리자 선임기준 등을 냉동능력을기준으로 정하고 있어 적용에 통일을 기할 수 없다.예를 들면, 동일 냉동장치에서도 증발온도가 내려가면 냉동능력이 떨어지고 , 증발온도가 올라가면 냉동능력이 높아진다. 즉 , 허가대상이 되었다가 되지 않았다가 한다.따라서 허가대상 , 안전관리자 선정 등에 있어서는 실제 냉동장치의 운전조건에 상관없이 일정한 사이클 조건으로 운전된다고 가정하고 냉동능력을 산정하는데 , 이것을 기준냉동사이클 또는 법정 냉동 사이클이라고 한다.1. 기준 냉동사이클(법정 냉동사이클) 조건?[그림.1] p-h선도상의 기준 냉동사이클 표시? 증발온도 : -15℃? 응축온도 : +30℃? 압축기 흡입가스 온도 : -15℃(건조포화증기 = 과열도 "0")? 팽창밸브 입구 냉매액 온도 : +25℃(과냉각도 = 5℃)2. 법정 냉동능력 (R) 산정방법2-1. 일반적인 방법피스턴 압축량(v) × 냉동효과R = × 체적효율비체적(-15℃의 건조포화증기) × 3,320체적효율은 압축기 1개 기통 체적이- 5,000㎤ 이하 ---> 0.75- 5,000㎤ 초과 ---> 0.8을 각각 적용한다.2-2. 고압가스 안전관리법에서의 방법VR =C여기서, R = 냉동능력 (냉동톤 , RT)V = 피스톤 압출량 (㎤/h)C = 정수 (고압가스 안전관리법에 정해져 있음)냉매종류압축기 1개 기통체적이 5,000㎤ 이하압축기 1개 기통체적이 5,000㎤ 초과R-228.59.0암모니아8.47.9[표.1] 기통체적에따른 냉매의 효율※ 자세한 냉매의 정수는고압가스안전관리법시행규칙 냉동능력의산정기준(제2조제3항관련)원심식 압축기를 사용하는 냉동설비는 그 압축기의 원동기 정격출력 1.2㎾를 1일의 냉동능력 1톤으로 보고, 흡수식 냉동설비는 발생기를 가열하는 1시간의 입열량 6천640㎉를 1일의 냉동능력 1톤으로 보며, 그 밖의 것은 다음 산식에 의한다.VR =C위의 산식에서 R, V 및 C는 각각 다음의 수치를 표시한다.R : 1일의 냉동능력(단위 : 톤)V : 다단압축방식 또는 다원냉동방식에 의한 제조설비는 다음 ①의 산식에 의하여 계산 된 수치, 회전피스톤형 압축기를 사용하는 것은 다음 ②의 산식에 의하여 계산된 수 치, 스크류형 압축기는 다음 ③의 산식에 의하여 계산된 수치, 왕복동형 압축기는 다 음 ④의 산식에 의해 계산된 수치, 그 밖의 것은 압축기의 표준회전속도에 있어서의 1시간의 피스톤압출량(단위 : ㎥)① VH + 0.08VL② 60 × 0.785 t n (D²-d²)③ K ×D³ ×× n ×60④ 0.785 ×D²×L×N×n×60위의 ①~④의 식에서 VH, VL, t, n, D, d, K, L 및 N은 각각 다음의 수치를 표시한다.VH : 압축기의 표준회전속도에 있어서 최종단 또는 최종원의 기통의 1시간의 피스톤압출량(단위 : ㎥)VL : 압축기의 표준회전속도에 있어서 최종단 또는 최종원 앞의 기통의 1시간의 피스톤압출량(단위 : ㎥)t : 회전피스톤의 가스압축부분의 두께(단위 : m)n : 회전피스톤의 1분간의 표준회전수(스크류형의 것은 로우터의 회전수)D : 기통의 안지름(스크류형은 로우터의 직경)(단위 :m)d : 회전피스톤의 바깥지름(단위 : m)K : 치형의 종류에 따른 다음 표의 계수구 분대칭치형비대칭치형3%어덴덤0.4760.4862%어덴덤0.4500.460[표.2] 치형의 종류에 따른 다음 표의 계수L : 로우터의 압축에 유효한 부분의 길이 또는 피스톤의 행정(단위 : m)N : 실린더수C : 냉매가스의 종류에 따른 다음 표의 수치냉매가스의 종류압축기 1개 기통체적이 5,000㎤ 이하압축기 1개 기통체적이 5,000㎤ 초과후레온2149.746.6후레온 11446.443.5노말부탄37.234.9이소부탄27.125.4아황산가스22.120.7염화메탄14.513.6후레온 134a14.413.5후레온 1213.913.1후레온 50012.011.3프로판9.69.0후레온 228.57.9암모니아8.47.9후레온 5028.47.9후레온 13B16.25.8후레온 134.44.2에탄3.12.9탄산가스1.91.8[표.3]냉매가스의 종류에 따른 수치< 비고 >1. 다원냉동방식에 의한 제조설비는 최종원의 냉매가스를 이표의 냉매가스로 한다.2. 다단압축방식 또는 다원냉동방식에 의한 제조설비는 최종단 또는 최종원의 기통을이 표의 압축기의 기통으로 한다.3. 위 표에서 규정하지 아니한 냉매가스의 C값은 다음의 계산식에 의한다.C =위 식에서 Va, ia,ib, 및 ηv는 각각 다음의 수치를 표시한다.Va : -15℃에서의 그 가스의 건포화증기의 비체적(단위:㎥/㎏)ia : -15℃에서의 그 가스의 건포화증기의 엔탈피(단위:㎉/㎏)

공학/기술| 2008.10.29| 6페이지| 1,000원| 조회(577)

방법, 기준, 법정, 일반적

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점화시기 변화에 따른 가솔린 기관의 성능 변화

목 차1. 실험목적2. 실험방법3. 실험장치4. 관련이론5. 실험결과6. 결론 및 고찰7. 참고문헌1.실험목적내연기관의 각종 실험장치의 실험 방법을 습득하고 기관의 회전수, 점화시기, 공기 연료비 및 압축비 변화에 대한 기관성능을 측정한다. 이번 실험에서는 점화시기의 변화에 따른 기관 성능을 측정하는데 초점을 맞춘다. 내연기관의 성능에 영향을 미치는 주요 인자를 보면 형상인자(Design factor), 작동인자(Operating factor). 그리고 외적인자(Outside factor)등으로 나눠 볼 수 있다.형상인자는 압축비, 흡배기 시스템, 냉각시스템 등이 있고, 작동인자로는 공기연료비, 점화시기, 분사기간, 기관 회전수 등이 있다. 외적인자로 대기조건인 대기압력, 대기온도, 대기습도로 이루어질 수 있다.이러한 인자들의 상호작용으로 이루어진 연소가 연소실내의 압력변화와 기관 각 부분의 온도를 측정함으로써 싸이클에 어떠한 영향을 미치는가를 알아본다.또한, 이론으로만 습득한 가솔린 엔진의 구조와 작동 원리를 직접 눈으로 확인하고 실습하며 동시에 엔진의 성능을 해석하기 위한 실험 장치들과 실험방법에 대해 알아보고, 직접 엔진을 구동시키고 시험 장치를 통해서 얻어낸 결과들을 바탕으로 결론을 도출해 낸다.2.실험방법① 엔진을 가동 후 정상운행 되도록 기다린다.② 기관의 회전수를 1400rpm으로 고정시킨다.먼저 전원을 키고 연료분사와 점화는 시키지 않은 상태에서 motoring시킨다. 기관이 작동하기 시작하면 연료분사 스위치와 점화플러그 스위치를 on시켜 기관의 시동을 건다. 기관에 연료가 공급되고 연소가 시작됨과 동시에 motoring에서 generating으로 스위치를 전환한다. 기관의 작동이 정상적으로 이루어지면 부하를 조절하는 다이얼을 조작해 rpm을 조금씩 증가시킨다. 이때 다이얼 조작은 매우 미세하게 이루어져야한다.③ 유량계를 이용하여 계산한 공기 연료비가 13:1 이 되도록 연료 분사시기와 점화시기 각도를 변화 시켜가며 위의 공기 연료비가 되도록 반기 외에 경운기 ·소방 펌프 ·발전기 등에도 널리 사용된다. 모형비행기용의 1마력(hp) 이하의 것을 비롯하여 비행기용의 3,500 마력 정도의 것까지 여러 가지가 있다.(4) 4행정사이클 엔진의 장단점① 각 행정이 완전히 구분되어 있어 불확실한 곳이 없다.② 흡입행정 기간이 길어 냉각 효과가 양호하며 열적부하가 적다.③ 저속에서 고속까지 회전속도범위가 넓다.④ 흡입행정 기간이 길어 체적효율이 좋다.⑤ 기동이 쉽고 실화가 일어나지 않는다.① 밸브기구가 복잡하며 충격이나 기계적 소음이 크다.② 실린더 수가 적을 경우 사용이 곤란하며 1마력당 중량이 무겁다.(5) 2행정사이클 엔진의 장단점① 4행정 사이클엔진에 비해 1.6∼1.7배의 출력이 있다.② 회전력의 변동이 적으며 실린더 수가 적어도 회전이 원활하다.③ 밸브장치가 간단하여 소음이 적으며 마력 당 중량이 가볍다.① 배기행정이 4사이클 엔진에 비해 1/2 밖에 되지 않기 때문에 배기가 불안정 하다.② 유효행정이 짧아 흡입효율이 저하된다.③ 소기 및 배기공이 열려있는 시간이 길어 평균유효압력 및 효율이 저하된다.④ 실린더 벽에 구멍이 있기 때문에 피스톤 링의 소손 및 마멸이 쉽다.⑤ 흡·배기가 불안정하여 열 손실이 크며 HC의 배출이 많다.(6) 가솔린 기관의 장단점① 연료의 효율이 좋다.② 연료의 효율이 좋으므로, 빠른 원동력을 얻을 수 있다.③ 전기 점화기관의 장치로 점화가 정확하고 쉽다.④ 기관의 효율이 75-80%로 디젤기관 보다 높다.① 연료 소모률이 높다.② 전기 점화장치를 사용하므로 전파의 혼선을 가지 고 올 수 있다.4-2-4. 디젤 기관디젤기관은 경유 또는 중유를 연료로 압축 ·점화에 의해서 작동하는 왕복운동형 내연기관으로 디젤엔진 ·압축점화기관이라고도 한다.먼저 실린더 내에 공기를 흡입 ·압축해서 고온 ·고압으로 한다. 여기에 액체연료를 분사하여 자연발화시킨 다음 피스톤을 작동시킴으로써 동력을 얻는 내연기관이다. 디젤기관은 1893년 독일의 기술자 R.디젤에 의해서 제작되었다. 디젤은 처음 중 위해서, 필터에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.[소음의차이]가솔린엔진의 경우는 출력을 적게하면 혼합기의 흡입량이 감소하여 실린더내 압력이 떨어지고, 스파크플러그에서 연소가 시작되기 때문에 압력상승도 완만하다.그러나 디젤엔진은 항상 공기를 가득 흡입하고, 연료가 분사되자 마자 착화되지 않고 연료액적 표면에서 증발한 연료가 공기와 혼합하여 연소조건이 충족되면 자연발화가 일어나기 때문에, 많은 연료가 일시에 연소하여 실린더내의 압력이 급상승하며 두드리는 듯한 독특한 음이 발생한다.시동직후 엔진이 차가울 때는 착화지연이 크기 때문에 연소소음이 특히 크다.승용차에서 많이 사용하는 소형 부실식 디젤경우는 분사노즐에서 연소실 벽까지의 거리가 짧아 연료분무는 차가운 연소실 벽까지 거의 연소 없이 도달해 버리기 때문에 착화지연이 크며 시동직후는 특히 시끄럽다.그러나 일단 엔진이 더워지면 고온의 연소실 벽에서 연료가 빠르게 증발하고, 부연소실에서 피스톤 상면부의 주연소실로 통로가 좁게되어 있어 직접분사엔진보다 조용한 경우가 많다.그대신에 연소실 간의 통로가 있고 연소실표면적이 증대되는 등으로 인해서 연소가 늦고 열손실이 커서 열효율은 직접분사식보다 낮아진다.[진동의 차이]피스톤이 왕복운동하는 엔진은 기본적으로 진동이 많으며, 진동에는 두종류가 있다. 하나는 피스톤 상하운동에 기인하는 발란스 악화에 의한 것으로 엔진의 중심은 움직이지 않는데 피스톤의 운동으로 그중심이 조금씩 이동하기 때문에 진동하는 것이다.디젤엔진의 경우는 피스톤을 비롯한 운동계 부품이 가솔린엔진보다 튼튼하고 무겁기 때문에 진동도 크며, 따라서 엔진부품도 견고할 필요가 있다.또하나의 진동은 크랭크축의 회전으로 피스톤이 실린더를 단속적으로 치는데서 기인하는 것으로 토크반력에 의한 진동이 있다.디젤엔진은 출력을 줄여도 공기를 가득흡입하여 20분의 1정도로 압축하므로 크랭크축의 회전이 부드럽지 못하므로 타이어에 전달되는 구동계가 진동을 일으킨다.4-2-4. 내연기관의 열역학적 원리내연기관의 성능을 판단할 수 있는화는 가끔 계속가동(running-on) 으로 표현하기도 한다. 즉, 엔진에서 점화 S/W를 끈 후에도 계속 연소되는 현상이다.설사 엔진이 정확한 혼합기 강도, 점화시기, 그리고 적당한 냉각으로 운전된다고 하더라도 조기점화 현상이 있을 수 있다. 이것은 통상적으로 연소 퇴적물이 쌓이거나 또는 코크스(coke)가 형성되기 때문이다. 조기점화는 압축일의 증가를 가져오고 출력의 저하를 초래한다. 다기통 엔진에서 한 실린더에서라도 조기점화가 일어나면 그 결과는 다른 실린더가 정상적으로 운전을 계속하는데 아주 심각하게 영향을 미칠 수 있다. 조기점화는 높은 피크압력을 초래하고 번갈아가며 자발점화를 일으킬 수 있다.자발점화는 미연가스의 온도와 압력이 순간점화를 초래할 조건이 되었을 때 일어난다. 이 경우에는 화염면이 스파크 플러그로부터 멀리 전파되어 미연(또는 엔드) 가스가 화염면으로 부터 복사에 의해 가열되고 연소과정의 결과로 압축된다. 미연가스가 순간적으로 점화되면 노킹(knocking)이라고 하는 빠른 압력 상승이 일어난다. 노크는 연소실 내부의 공명에 의해 야기된다. 노킹의 결과로 연소실 벽에서 열 경계층이 파괴될 수 있다. 이렇게 되면 열전달이 증가하게 되고 조기점화를 일으키는 고온 표면이 만들어질 수 있다. CI엔진의 가상적인 압력선도압축비를 증가시켜 엔진의 성능을 증가시킬 수 있는 방법에 대해 많은 논의가 계속되고 있다. 그러나 불행히도 압축비를 증가시키게 되면 역시 노킹을 일으키기 쉽게 된다. 이러한 이유에서 노크를 일으키는 기초적인 과정에 대한 많은 연구가 이루어졌다.2) CI engine(Compression-ignition)압축행정 말기 가까이에서 액체 연료가 하나 또는 여러 개의 제트로 분사된다. 인젝터는 작은 단면적인 고속 제트로 빠른 분사를 만들어 내기 위해 매우 고압인 연료를 받아들인다. 초대형 엔진을 제외하고는 모두 하나의 인젝터를 사용한다. 연료 제트는 공기를 인트레인 하게되고 액적으로 분열된다. 이것은 연소가 아주 빨리 일어날 때 필수적인되는 일전달률이다. 도시동력은기관마찰의 경우에는 펌프동력등을 충분히 흡수하고 있는 동력이므로 제동동력과는 차이가 난다.기관마찰과 부속장치의 구동동력의 내용은 다음과 같은 것으로 된다.:1.피스톤링 및 피스톤의 사이드드러스트에 대한 마찰손실2.메인베어링, 크랭크핀, 피스톤핀 둥 각종 베어링의 마찰손실3.냉각팬, 냉각수 펌프, 윤활유 펌프, 발전기 등 각종의 부속장치 구동에 요하는 손실이들 손실동력의 합을 마찰동력(Pf) 라한다.그러므로 도시동력 Pf는 제동동력 Pb 및 마찰동력 Pf의 합이다Pf = Pb + Pf제동동력과 마찰동력은 표준기관 시험 규격에 정해져 있다.L=피스톤 행정(m) A=피스톤 면적(㎡)n=실런더 수 Vs=엔진 행정체적(㎥)N1=초당 기계적 작동 사이클의 수NA=N1/n=rev.1s: 2행정 엔진일 경우=rev.1s/2: 4행정 엔진일 경우제동 평균 유효압력은 엔진의 압력이 아니라 엔진으로부터의 출력을 나타내는 수단인데, 단위가 압력(N/㎡)의 단위로 되었기 때문에 그렇게 부를 따름이다.2) 제동평균 유효압력(bmep)동력계로 측정되는 엔진의 출력은 도시출력보다 더 중요하다. 따라서 식 2.5와 아주 흡사한 제동평균 유효압력(brake mean effective pressure) Pb를 다음과 같이 정의한다.Pb=(N/㎡)=매회 기계적 cycle에서 실린더당 제동출력(Nim)/실린더 당 행정체적(㎥)또는 엔진의 제동동력이 항으로 표현하면 다음과 같다.제동동력 = PbLAN1 = Pb(LAn)N = PbVsN도시일Wi 대신 제동일 Wb를 사용하면 평균유효압력은 제동평균유효압력으로 이끌어질 것이다.제동동력 Pb를 표현하면bemp 대신 iemp를 쓰면 동력은 도시동력 Pi로 된다.또한 기계효율은 도시평균유효압력과 제동평균유효압력의 비로 다음과 같이 나타낼수 있다.또한, 마찰동력 Pf를 평균유효압력으로 표시한 것을 마찰평균유효압력 fmep라 한다.제동평균유효압력은 이미 앞에서 지적한 바와 같이 압력이 아니고 기관으로부터의 일출력의 크기를 나타내는 값

공학/기술| 2008.10.29| 42페이지| 1,000원| 조회(1,068)

내연기관, 점화시기, 가솔린 기관

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푸아송 비 측정 실험 평가A좋아요

푸와송 비 측정1. 개요이 실험의 목적은 알루미늄 외팔보에 굽힘 하중을 가하여 푸와송 비를 측정하는 것이다. 보에 횡하중(橫?重)이 작용하면 보의 축선(軸線)은 구부러져 곡선(曲線)으로 변형된다.이 구부러진 중심선을 처짐 곡선이라 하고, 구부러지기 전의 곧은 중심선으로부터 이 탄성곡선까지의 수직변위(垂直變位)를 처짐이라 한다. 이러한 변형률을 이용하여 이번 실험에서는 푸와송 비에 대하여 알아보겠다. 즉 이번 실험의 목적은 알루미늄 외팔보에 굽힘하중을 가하여 푸와송 비를 측정하는 것이다. 선형탄성재료의 기본상수인 탄성계수는 재료 강성의 지표이고 푸와송 비는 2축 응력장에서 응력과 변형률에 관련되어 있는 두 개의 기본적인 탄성상수의 하나이다. 이러한 정의를 통하여 알루미늄 외팔보에 추에의 한 하중을 가하여 발생되는 변형률을 근거하여 탄성계수와 푸와송 비를 측정해 보겠다. 예를 들면 2축 응력상태에서의 Hooke의 법칙은 다음과 같이 나타낼 수 있다.(1)여기서：탄성계수(modulus of elasticity,또는 GPa)：응력(stress,또는 MPa)：변형률(strain,)：푸와송의 비(Poisson's ratio)탄성계수 E와 푸와송의 비는 변형률을 측정하여 응력으로 환산할 때 반드시 필요한 인자들이다.탄성체에 인장 또는 압축의 외력이 작용하게 되면 축방향으로 신장되거나 수축하게 되는 동시에 이에 수직인 가로 방향에서는 이와 반대로 수축하거나 신장하게 된다. 이 때 발생하는 가로변형률와 세로변형률과의 비를 푸아송의 비라고 하며 이 값은 탄성한계 내의 동일 재료에서는 일정하다.위 식에서 m은 푸아송 수라고 한다. 금속들의 실험한 결과를 보면 푸아송의 비의 값은 대개 0.25 ~ 0.35의 범위 내에 있음을 알 수 있다. 또 어떤 재료에 대한 푸아송의 비를 알게 되면 인장 또는 압축을 받은 물체의 면적과 체적의 변화도 해석할 수 있다.즉 하중 방향의 변형률을이라 하면 길이는로 늘어나게 되고 폭은로 줄어들게 된다. 두께 역시로 줄어든다.따라서 체적의 변화는 이들을 모두 곱해 주면이 되고 이를 하중이 작용하기 전의 체적과 비교하면 그 비가이 되며 여기서 미소항을 무시하면 체적이의 비로 증가함을 알 수 있다.이것은 체적 변화량을 원 체적과 비교한 것이 되므로 단위 체적 변화율로 볼 수 있다. 즉이다. 여기서> 0 이어야 하므로> 0 이 되며 따라서< 1/2 이 성립되어야 한다. 또한 푸아송 수 m 은 항상 2보다 크다는 것도 알 수 있다.푸와송의 비는 단축 응력상태에 있는 부재에 스트레인 게이지 2장을 부착하여 바로 측정할 수 있다. 1장은 응력이 작용하는 방향과 일치하게 부착한다. 다른 1장은 응력이 작용하는 방향과 직각이 되게 부착한다.일반적으로 이러한 실험을 위해서는 인장시험편에 균일 인장응력을 가하여 측정하며 게이지의 부착위치는 T형태로 2장을 근접되게 부착한다.푸와송의 비는 그림과 같이 외팔보상에서도 아주 우수한 정밀도로 측정이 가능하다. 이 경우 축방향 게이지는 길이방향으로 보의 윗면에 부착하며 횡방향 게이지는 아래면에 교차되는 위치에 부착한다. 두 스트레인의 비를 절대치로 나타낸 것이 푸와송의 비이다.다음은 외팔보 처짐에 따른 열의 변화의 상태이다. 외팔보 처짐의 정도 즉, 하중이 걸리는 부분과의 거리에 따른 열의 변화를 나타낸다.2. 실험장치?외팔보 실험장치?고강도 알루미늄 합금 보(6×25×320mm)?스트레인 게이지?변형률 측정기?스트레인 게이지 접착공구?하중을 가하기 위한 추?마이크로미터?스케일3. 실험방법3.1 일반적인 사항본 실험에서는 2장의 스트레인 게이지를 부착한 알루미늄 보가 굽힘 하중을 받는 경우를 이용하여 푸와송의 비를 측정한다. 굽힘 하중이 작용하는 경우 보의 윗면과 아래면의 대응하는 위치에서의 축방향 변형률은 부호는 다르지만 수치는 같으며 횡방향의 변형률에 대해서도 마찬가지라고 할 수 있다. 이러한 가정을 근거로 하나의 스트레인 게이지는 보의 상부 표면에 길이방향으로 부착하고 다른 하나는 하부 표면의 대응하는 위치에 횡방향으로 부착한다.보를 장치에 고정하고 임의의 상태까지 변형률이 발생하도록 하중을 가한다. 보에서의응력상태는 단축응력상태이므로 횡방향과 길이방향의 변형률을 이용하면 푸와송의 비를 계산할 수 있다.1. 시험편을 장치에 장착한다.2. 스트레인 게이지를 측정기에 결선한다.3. 하중 작용 위치에서 스트레인 게이지 위치까지 거리를 측정하여 데이터 기로지에 기록한다.4. 단면의 폭과 두께를 마이크로미토로 측정한다.5. 게이지 중심에서 보에 발생하는 표면응력이 100MPa정도 되는 자유단에서의 하중 P를 계산해 둔다.6. 하중을 10단계로 나누어서 점차로 증가시키면서 측정기의 변형률을 읽는다.7. 측정된 결과 값을 이용하여 푸아송 비를 얻을 수 있다.3.2 스트레인 게이지의 선택과 부착?스트레인 게이지는 저항이 120Ω인 것으로서 게이지 길이는 3mm이다.?스트레인 게이지는 측정위치에 정확하게 부착하여야 한다.< strain gauge >3.3 시험편 장착?시험편을 장치에 확실하게 장착한다. 이때 길이방향의 게이지를 윗면에 오게 한다.?스트레인 게이지를 측정기에 결선한다.?스트레인 게이지에 따라서 gage factor를 조정할 필요가 있는 경우는 조정한다. 보의 처짐이 0인 상태에서 길이방향의 게이지 지시치를 0점 조정하고 기록하여 둔다. 실험도중에는 0점 조정을 하지 않는다.4. 데이터의 기록과 분석계측기에 나타난 길이방향과 횡방향의 변형률을 가지고 푸와송의 비를 계산하기 전에 측정된 횡방향 변형률은 보정되어야 한다. 보에서 길이방향의 변형률은 횡방향의 변형률보다 몇 배나 크기 때문에 횡방향 게이지는 횡방향보다 이에 직교하는 방향으로 훨씬 더 큰 변형률을 받는다. 스트레인 게이지는 일반적으로 격자방향에 평행한 변형률뿐만 아니라 수직한 변형률에도 민감하다. 스트레인게이지의 이러한 성질을 횡방향 감도라고 하며 Kt로 표시한다.횡방향 감도의 보정은 그래프를 이용하여 간단하게 할 수 있다. 그래프를 이용하기 위해서는 2가지 량이 필요하다. (1)지시된 횡방향 스트레인에 대한 길이방향 스트레인의 비 (2)횡방향 스트레인게이지의 횡방향 감도, Kt (스트레인게이지의 포장에 주어져 있다).WORK SHEETSTRAIN MEASUREMENTS :Step(g)Load(N)Longitudinal-Strain()Transverse-Strain()푸와송 비()응력()탄성계수(E)00000000.21.9643130.3024181333.39.720.43.9287270.3108362666.69.610.65.88132410.31012544000.09.500.87.84177540.30516725333.39.501.09.80222790.35620906666.79.421.211.76266900.33825088000.09.431.413.723071050.34229269333.39.531.615.683531180.34233450666.79.481.817.643981320.33237632000.09.46Avg.9.80220.5673022326.3318815999.99.52? 하중? 푸와송 비? 응력? 탄성계수CORRECTION OF LATERAL STRAIN FOR TRANSVERSE SENSITIVITY := 0.332From the gage package data form ( or information panel on pregaged forms),= 1.2%From the correction chart,=CALCULATION OF POISSON'S RATIO:=PUBLISHED VALUES OF POISSON'S RATIO:MATERIALPOISSON'S RATIOSOURCEAluminum AlloySteelCorkConcretePlastic(specify)Rubber0.49고무모재, 탄성계수는 3.3MPa5. 고찰이번 실험은 푸와송 비에 대한 측정으로 비교적 간단한 실험이었다.지난주에 했던 탄성계수 측정과 실험 장비 및 실험 방법들이 거의 비슷하여, 다른 때 보다 수월하게 실험이 진행 되었다.

공학/기술| 2006.11.09| 9페이지| 1,000원| 조회(2,509)

하중, 외팔, 와송, 푸아송비, 횡하

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유체관로의 손실 실험

유체공학실험 보고서실험 주제 : 유체관로의 손실실험실험 일시 : 2006. 9. 26. (화). 15시 30분실험 조건 : 온도( 23.7℃), 습도( 52%), 날씨 맑음.실험 조원 : 다 반, 4 조, 20043049, 김 용 수실험 결과 요약유 체 공 학 실 험 보 고-제목 : 유체관로의 손실실험1. 실험 목적유체관로내의 주손실은 직선관 부분의 마찰에 의한 손실이고, 부손실은 파이프 입구, 곡관, 관 부속품(pipe fitting)등의 유동손실과 마찰에 의한 손실이다. 유체관로내의 주손실과 부손실을 관찰하고 그의 측정법을 숙지하며, 손실의 의미를 이해한다.2. 실험 관련 이론가. 주손실 실험마찰 손실수두는 관내를 흐르는 물이 관 벽의 조도에 의해서 그 운동을 저지하거나 또 물의 점성에 의해서 그 영향을 유수 전분에 미치어 생기게 하는 수두손실로서, 이미 언급한 바와 같이 장관의 관수로에서는 전 손실수두의 대부분이 마찰에 의한 손실이며 마찰 손실수두는 실험으로 다음과 같은 사실을 알 수 있다① 관수로의 길이 L에 정비례한다.② 관의 내면 조도 F에 정비례한다.③ Reynolds수에 반비례한다.④ 관내의 유속 v의 n승에 비례한다.⑤ 관경 d의 m승에 반비례한다.⑥ 관내의 수압의 대소에 무관하다.⑦ 물의 점성에 비례한다.마찰 손실수두는 보통 다음과 같은 형식으로 표시된다.Darcy-Weisbach 식나. 부차적 손실 실험두 수조를 관수로에 연결하여 장거리에 송수할 때 관내마찰에 의한 손실수두 외에 관 입구에 있어서의 단면이 변하거나, 관의 방향이 변화하는 경우, 기타 장애물이 있는 곳, 관 출구 등에서 여러 가지 원인으로 유속이 변함에 따라 과류가 발생하여 에너지가 소모됨으로 수두에 대한 손실이 일어나게 된다. 이 손실수두의 합은 마찰손실수두에 비하면 아주 작은 값이므로 작은 손실이라 하여 무시하는 경우가 많다. 마찰 이외의 손실은 마찰 손실과 같이 관수로 전체에 걸쳐 생기는 것이 아니고 원인에 따라 국부적 부분에서만 생긴다. 그리고 손실수두는 일반적으로 유속과 밀접한 관계를 갖고 있으며, 유속수두에 비례하는 형으로 나타난다.따라서 손실수두 h= f또는 f'으로 표시하고, 이때 f 및 f'를 손실계수라 한다.① 관 입구에 있어서 손실수두큰 수조로부터 관으로 물이 흘러 들어갈 때 입구에서 일단 수축하나 곧 확대되어 관 전체에 가득 차서 흐르므로 유속도 축류부의 Vo로부터 V로 변함에 따라 에너지 손실이 생긴다. 유입손실수두는 관의 입구가 모가 났거나 둥글거나 하는데 따른 형상에 의해서 그 값은 크게 다르다. 유입 손실수두를 he라고 하면 he = fe로 표시되고 여기서 fe는 실험으로 정하는데 형상에 따라 값이 다르다. 형상이 명시되지 않은 fe값에 대해서는 Weisbach는 보통 fe= 0.5 로 본다.Fig.1 입구 형상에 따른 부차적 수두 손실② 단면 급확대 손실흐름의 단면이 급확대(minor loss of abrupt enlargement)되면 급확대 부분에서 와류로 인한 큰 에너지 손실이 생기게 된다. 이때의 손실은 연속방정식, Bernoulli 방정식 및 운동량방정식을 동시에 적용함으로써 계산될 수 있다. 급확대 관로에 정상류가 흐를 때 단면 1,2 내에 포함되는 통제용적에 역적-운동량 방정식을 적용하면단면 1과 2 사이의 Bernoulli 방정식은여기서는 단면 급확대로 인한 손실수두이다.위 식을에 대해 풀고 서로 같게 놓으면위 식에,을 대입하여 정리하면따라서 단면 급확대 손실계수는③ 단면 급축소 손실단면이 급축소될 때의 수두손실은 수축단면 전방의 가속과 후방의 감속현상의 복합적인 원인 때문에 생기게 된다. 이 손실은 수축단면의 크기에 의해 주로 좌우되며 Weisbach는 실험에 의해 단면수축계수는 단면축소비에 따라 결정됨을 증명하였다. 단면 급축소로 인한 손실을 가속부분과 감속부분에서 생기는 손실의 합이므로연속방정식에 의하여를 대입하면따라서 단면 축소손실계수는3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치Fig.2 유체관로 실험 장치의 개략도Table.1 유체관로 실험장치의 각부의 치수3.2 실험 방법가) 주손실 실험1) 전원을 넣는다. 2) 고수조에 물을 넣는다.3) 밸브 ⓑ, ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ, ⓖ를 완전히 개방한다. 4) 관로내의 공기를 제거한다.5) 밸브 ⓐ와 로터미터를 이용하여 6) 유량을 일정하게 한 후 ⓓ, ⓔ, 유량을 조절한다. ⓖ를 잠그고, 6-7 관의 수두차를 다관 마노미터로부터 읽는다.7) 유량을 동일하게 하여 밸브 ⓓ, ⓕ, ⓖ를 잠그고 17-18관의 수두차를 다관마노미터로 읽는다.8) 유량은 동일하게 하여 밸브 ⓔ, ⓕ, ⓖ를 잠그고 22-23관의 수두차를 다관마노미터로부터 읽는다.9) 유량을 바꾸어 가면서 여러 번 실험하여 결과 값을 측정한다.나) 부손실 실험 ( 급격확대 및 급격축소 실험방법 )1) 유체관로 주손실 실험의 실험방법 1)∼3)과 동일하게 한다.2) 밸브 ⓓ, ⓔ, ⓕ를 잠그고 ⓖ를 완전히 개방한다.3) 밸브 ⓐ와 로터미터를 이용하여 유량을 조절한다.4) 급격축소관(10∼11), 급격확대관(11∼12)의 수두차를 다관 마노미터로부터 읽는다.5) 유량을 변화시키면서 여러번 실험을 반복한다.4. 실험 결과 및 토의가. 주손실 실험Table 2 주손실 실험의 실험 결과표단위 규격Q(㎥/h)Q(㎥/s)V(㎧)Δh(mm)fRe1d=36.5mmL=830mm1.20.000330.315100.086818535.61.60.000440.421150.072921043.02.00.000560.535180.054223582.22.40.000670.640200.042126121.32d=28.0mmL=1190mm1.20.000330.536280.044924162.81.60.000440.715400.036127440.02.00.000560.909450.025130751.32.40.000671.088500.019534038.03d=20.8mmL=1190mm1.20.000330.971500.018232520.31.60.000441.295800.016335631.32.00.000561.648950.012041401.02.40.000671.9721050.009345832.3이고이므로 여기서 V를 구할 수 있다.●mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm●

공학/기술| 2006.11.09| 9페이지| 1,000원| 조회(869)

마찰, 손실, 관로, 수두, 관수

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