[실험보고서] 경계층 실험

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[실험보고서] 경계층 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 개요
2. 실험 목적
3. 이론 및 해석
4. 실험장치
5. 실험방법
6. 실험결과
7. 결론 및 고찰

본문내용

결과
덕트입구 공기실 전압
자유유동속도
레이놀즈수
Micrometer Reading
y
P
u/U
19.5
0.2
431.2
0.65
19.4
0.3
431.2
0.65
19.3
0.4
431.2
0.65
19.2
0.5
490.0
0.69
19.1
0.6
568.4
0.74
18.98
0.72
612.5
0.77
18.96
0.74
612.5
0.77
18.94
0.76
612.5
0.77
18.92
0.78
632.1
0.78
18.9
0.8
656.6
0.80
18.8
0.9
671.3
0.81
18.7
1
686.0
0.82
18.6
1.1
720.3
0.84
18.5
1.2
769.3
0.86
18
1.7
833.0
0.90
17.5
2.2
901.6
0.94
17
2.7
960.4
0.97
16.5
3.2
1004.5
0.99
16
3.7
1019.2
1.00
15.5
4.2
1029.0
1.00
15
4.7
1029.0
1.00
27.1
7.4
1029.0
1.00
< 표 1 - 표면상태에 따른 경계층 >
>> 표에서도 알 수 있었지만 그래프에서는 표면의 상태에 따른 차이가 알기 쉽게 보여진 다. 거친 면에서의 경계층 두께가 매끈한 면에서의 경계층 두께보다 2배가량 두꺼운 것 을 알 수 있고, 그만큼 경계층의 성장도 빠르다. 이러한 차이가 생기는 이유는 거친면에 서는 표면에서의 표면마찰항력이 더 크기 때문이다.
③ 매끈한 면에서의 속도변경 후 경계층 측정 결과
덕트입구 공기실 전압
자유유동속도
레이놀즈수
Micrometer Reading
y
P
u/U
19.5
0.2
347.9
0.78
19.4
0.3
382.2
0.82
19.3
0.4
401.8
0.84
19.2
0.5
416.5
0.86
19.1
0.6
426.3
0.87
19
0.7
455.7
0.90
18.5
1.2
499.8
0.94
18
1.7
524.3
0.96
16
3.7
568.4
1.00
15.5
4.2
568.4
1.00
15
4.7
568.4
1.00
< 표 2 - 속도에 따른 경계층 >
>> 속도가 높은(=레이놀즈수가 큰) 유동의 경계층이 더 두껍게 나타나는 것을 알 수 있다. 이것은 레이놀즈수가 커질수록 난류유동이 커지기 때문이다.
④ 매끈한 면에서 덧판에 의해 가속되는 유동의 경계층 측정 결과
덕트입구 공기실 전압
자유유동속도
레이놀즈수
Micrometer Reading
y
P
u/U
19.5
0.2
921.2
0.92
19.48
0.22
926.1
0.92
19.46
0.24
940.8
0.93
19.44
0.26
965.3
0.94
19.42
0.28
989.8
0.95
19.4
0.3
1009.4
0.96
19.3
0.4
1053.5
0.98
19.2
0.5
1068.2
0.99
18
1.7
1097.6
1.00
17.5
2.2
1097.6
1.00
17
2.7
1097.6
1.00
16.5
3.2
1097.6
1.00
16
3.7
1097.6
1.00
15.5
4.2
1097.6
1.00
15
4.7
1097.6
1.00
⑤ 매끈한 면에서 덧판에 의해 감속되는 유동의 경계층 측정 결과
덕트입구 공기실 전압
자유유동속도
레이놀즈수
Micrometer Reading
y
P
u/U
19.5
0.2
460.6
0.65
19.4
0.3
524.3
0.70
19.2
0.5
548.8
0.71
19
0.7
597.8
0.74
18.8
0.9
656.6
0.78
18.5
1.2
720.3
0.82
18.2
1.5
779.1
0.85
18
1.7
818.3
0.87
17.7
2
847.7
0.89
17.5
2.2
921.2
0.92
17
2.7
950.6
0.94
16.5
3.2
1009.4
0.97
16
3.7
1053.5
0.99
15.5
4.2
1078.0
1.00
15
4.7
1078.0
1.00
>> 압력구배가 없는 상태의 표준유동에 비해 감속유동은 감속하는 유체에 의해 생성되는 압력상승에 의해 경계층이 더 두껍고 빠르게 성장하고, 반대로, 가속유동은 가속하는 유체에 의해 생성되는 압력하강에 의해 경계층이 더 얇고 느리게 성장한다.
7. 결론 & 검토
1) 임의의 에서 매끄러운 면과 거친 면을 갖는 평판에서의 경계층 속도 분포를 실험을 통하여 구한다.
>> 거친 면과 매끄러운 면의 차이를 관찰하는 실험에서의 는 같은 값으로 설정되었 고, 유지되었다. 실험결과에서 알 수 있듯이, 거친 면에서의 경계층 두께가 더 두꺼 웠으며, 이는 평판의 표면이 거칠수록 표면마찰항력이 증가하여 경계층 두께 증가에 영향을 준 것이라는 결론을 내릴 수 있다.
2) 속도를 증가시킴으로서 를 변화시켜 위의 실험을 반복하고, 에 대한 변화를 연구 한다.
>> 속도가 증가하면 레이놀즈수도 증가한다. 레이놀즈수가 이 층류유동이 난류 유동으로 천이되는 속도인데, 이번 실험에서는 모두 레이놀즈수가 이상으로, 모두 난류유동이였다. 하지만 같은 난류유동이라 하여도, 레이놀즈수가 증가하면 경 계층의 두께를 증가시키는 결과를 보여주었다. 이는, 레이놀즈수가 커짐에 따라 난류 유동의 정도가 커져서 나타나는 현상이라는 결론을 내릴 수 있다.
3) 위의 실험에 대하여 압력구배의 영향에 대하여 실험을 한다.
>> 덕트 내부에 에어포일형태의 덧판을 대면 에어포일의 방향에 따라 유동을 가속시키 거나 감속시킬 수 있게 된다. 가속되는 유체의 유동은 압력은 낮아지고 속도가 빨라 지고, 감속되는 유체의 유동은 압력은 높아지고 속도는 느려진다. 이러한 압력구배에 의한 영향은, 가속되는 유동은 압력하강에 따른 영향으로 덧판이 없는 표준유동에 비 해 경계층의 성장이 느리고, 그 두께 또한 얇다. 그리고 감속되는 유동은 압력상승에 따른 영향으로 덧판이 없는 표준유동에 비해 경계층의 성장이 현저하고, 그 두께도 두껍다. 경계층의 형성에 있어서 압력구배는 경계층 성장속도와 두께에 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

키워드

경계층,   실험 보고서,   레이놀즈,   압력구배,   배제두께,   운동량두께,   형상계수