[실험보고서] 원기둥의 항력 실험

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목차

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

본문내용

-862.4
-0.97
-0.25
80
-788.9
-0.89
-0.15
-80
-828.1
-0.93
-0.16
85
-744.8
-0.84
-0.07
-85
-764.4
-0.86
-0.08
90
-739.9
-0.83
0
-90
-735
-0.83
0
100
-739.9
-0.83
0.14
-100
-720.3
-0.81
0.14
110
-739.9
-0.83
0.29
-110
-715.4
-0.81
0.28
120
-739.9
-0.83
0.42
-120
-725.2
-0.82
0.41
130
-739.9
-0.83
0.54
-130
-744.8
-0.84
0.54
140
-764.4
-0.86
0.66
-140
-759.5
-0.86
0.66
150
-764.4
-0.86
0.75
-150
-779.1
-0.88
0.76
160
-779.1
-0.88
0.83
-160
-779.1
-0.88
0.83
170
-779.1
-0.88
0.87
-170
-788.9
-0.89
0.88
180
-779.1
-0.88
0.88
-180
-788.9
-0.89
0.89
< 그래프 2-1 >
>> 는 0° 부근에서 가장 크고, 각도가 증가할수록 점차 감소하다가 70° 근방에서 최 소값을 보인후에 약간 상승하다가 90° 이후부터는 비교적 일정한 값을 보인다.
< 그래프 2-2 >
원형 기둥 주위의 측정된 압력 분포를 표로 나타내었고, 에 대한 그래프 2-1 과 에 대한 그래프 2-2 가 각도 의 함수로 나타내어져 있고, 입구에서의 속도는 아래와 같이 압력으로부터 구할 수 있다.
항력계수 는 그래프 2-1 의 곡선 아래 면적으로부터 구할 수가 있다. 평균곡선 아래의 면적 A는,
여기서 식 (11)로부터 위의 식이 항력계수 를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 면적은 여러 가지 방법으로 구해질 수 있으나 Simpson 의 법칙을 이용하여 구한다.
Simpson rule 은 아래와 같다.
후반부에서는 10° 씩 이동하였으므로 전구간을 통틀어 10° 간격으로 계산한다.
이므로 10° 간격으로 구간을 나누면
이 결과값은 그래프의 선 아래부분의 면적임과 동시에 항력계수 를 나타낸다.
즉, 기둥 주위의 압력분포에 의한 항력계수 측정결과는 이다.
3) 후류 속도분포 측정에 의한 항력 측정
0
0
485.1
0.55
0.7
0
-0
485.1
0.55
0.45
1
0.02
485.1
0.55
0.7
-1
-0.02
485.1
0.55
0.45
2
0.04
499.8
0.56
0.68
-2
-0.04
504.7
0.57
0.43
3
0.06
519.4
0.59
0.66
-3
-0.06
534.1
0.6
0.4
4
0.08
539
0.61
0.63
-4
-0.08
553.7
0.62
0.38
5
0.1
558.6
0.63
0.6
-5
-0.1
588
0.66
0.34
6
0.12
592.9
0.67
0.55
-6
-0.12
661.5
0.75
0.25
8
0.16
656.6
0.74
0.45
-8
-0.16
739.9
0.83
0.17
10
0.2
725.2
0.82
0.33
-10
-0.2
818.3
0.92
0.08
12
0.24
808.5
0.91
0.17
-12
-0.24
886.9
1
0
14
0.28
886.9
1
0
-14
-0.28
960.4
1.08
-0.08
16
0.32
940.8
1.06
-0.13
-16
-0.32
984.9
1.11
-0.11
18
036
984.9
1.11
-0.23
-18
-0.36
1014.3
1.14
-0.14
20
0.4
999.6
1.13
-0.27
-20
-0.4
1024.1
1.15
-0.15
22
0.44
1024.1
1.15
-0.33
-22
-0.44
측정제한으로 인해 생략
(+방향과 유사값으로 간주)
24
0.48
1024.1
1.15
-0.33
-24
-0.48
26
0.52
1024.1
1.15
-0.33
-26
-0.52
30
0.6
1024.1
1.15
-0.33
-30
-0.6
35
0.7
1024.1
1.15
-0.33
-35
-0.7
40
0.8
1024.1
1.15
-0.33
-40
-0.8
45
0.9
1024.1
1.15
-0.33
-45
-0.9
46
0.92
1024.1
1.15
-0.33
-46
-0.92
47
0.94
989.8
1.12
-0.25
-47
-0.94
48
0.96
935.8
1.06
-0.11
-48
-0.96
49
0.98
774.2
0.87
0.24
-49
-0.98
50
1
357.7
0.4
0.84
-50
-1
< 그래프 3 >
덕트에서의 속도는
Simpson 공식을 이용하여 그래프 곡선 아래의 면적을 구하면
식 (18)을 이용하면
후류에서 속도측정에 의한 항력계수 는 1.35이다.
7. 결론 & 검토
1) 각각의 방법으로 구한 항력계수를 비교한다.
분동을 이용한 측정에서의 =1.15 (0.99)
원기둥 표면의 압력을 이용한 측정에서의 =1.73 (1.01)
후류에서의 속도측정에 의한 측정에서의 =1.35 (1.10)
>> 괄호 안에 표기된 것은 책에서 제시된 항력계수로, 세 실험 모두 실제값과는 차이를 보였다. 그중 오차가 가장 작은 것은 분동을 이용한 측정이였다. 이들 실험에서의 오 차는 액주계가 안정화되지 못했고, 액주계의 수치를 읽는것에서의 시각적 오차가 그 원인이 되었다고 생각되어진다.
2) 실험에서의 를 구하고 교과서에서 언급한 항력계수를 수와 관련하여 설명한다.
12.5 [mm]
50 [mm]
>> 레이놀즈 수는 유동의 형태를 판단하는 매개변수로, 레이놀즈 수가 보다 크게 될 때 유동의 형태는 난류유동이 된다. 이번 실험에서 구해지는 레이놀즈 수는 난류유동임을 나타내고 있는데, 항공기의 날개와 같은 유선형의 물체에 대해서는 난류유동이 항력을 증가시키지만, 이번 실험에 사용된 원기둥형 실린더같은 형상에서는 난류유동에서 더 항력이 감소하는 현상을 보이게 된다. 이것은 난류경계층이 실린더의 뒷부분에서 박리가 일어나기 전까지의 압력구배에서 표면을 따라 더 멀리까지 가기 때문인데, 이러한 현상으로 인해 후류가 더욱 그 층이 얇아지고 압력항력은 감소하게 된다.
3) 구하기

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원기둥,   항력,   레이놀즈,   항력계수,   항력 실험,   실험보고서