외부유동(풍동실험)

목차

1.실험목적

2.관련이론

3.실험장치 및 방법

4.실험결과 및 토의

5.참고자료

본문내용

S를 정체점(stagnation point)이라고 하며 S점에 도착된 유선은 분리된 유선 중의 하나이다. S점에서부터 원기둥을 움직이면, 베르누이 방정식에 의하여 S점에서 0인 속도가 표면 전체에 걸쳐 속도가 증가하며 압력과 압력계수가 감소하는 것을 기대할 수 있다. 표면 전체의 속도 U의 해석은 어렵지만 단순한 방정식에 의하여 θ의 항으로 나타내면 U/u=2sinθ와 같다. 점 A에서 절대압력 Pa를 나타내면 베르누이 방정식은,
A점에서 게이지압력은
따라서,
가 된다.
그래서 압력계수 Cp 는
위 식은 비압축성, 비점성유체에 대한 이론식이며 실험치와 비교하는데 근본적인 자료가 된다.
3. 실험장치 및 방법
3.1 실험 장치
< 그림3 풍동 실험 장치 >
3.2 실험 방법
가. 추에 의한 실험방법
1) 원통을 평형하게 실험장소에 설치하고
2) 풍동의 전원을 켜고, 적당한 크기의 바람을 검사체적내 불어 넣는다.
3) 바람에 의해 수평방향으로 쳐진 원통이 다시 평형이 되도록 추를 달아 맞춘다.
4) 검사체적의 입구부위에서의 속도를 피토관을 이용하여 측정한다.
나. 각도에 의한 측정
1) 원기둥의 표면에서 동압을 측정하며, 정압은 마노미터의 다른 한쪽 고무튜브를 이용하 여 측정한다.
2) 각도기를 원기둥에 설치하고 5도 간격으로 각도를 변화시키면서 압력을 측정한다.
4. 실험 결과 및 토의
1)추에 의한 항력측정
a를 극히 작은 값으로 생각하여 무시하고 Pivot 점에서 모멘트 공식을 이용하면
∴
<측정 한 자유 흐름 속도 >
(표준대기압)
Drag force(gmf)
(N/㎡)
U(m/s)
0.9418
22.14
8
1.372
61.25
10
1.7233
88.56
11
2) 원기둥 각도(위치)에 따른 압력분포 측정
측정 값 : 국소 압력과 주위 압력과의 차 p-p0
계산 값 : 무차원 압력 계수
이론 압력 분포
A : (진폭으로서 최대 압력이 나타나는 0°에서의 무차원 압력계수)
< 표1 원기둥 둘레의 압력 분포 실험 측정값 >
degree
P-Po(N/m2)
Cp
Cp*cosθ
0
86.34
1.410
1.410
5
90.12
1.471
1.465
10
94.15
1.537
1.515
15
94.18
1.538
1.486
20
98.65
1.611
1.513
25
105.35
1.720
1.556
30
103.28
1.686
1.463
35
100.69
1.644
1.347
40
95.67
1.562
1.195
45
63.28
1.033
0.727
50
38.54
0.629
0.406
55
12.24
0.200
0.115
60
-2.56
-0.042
-0.021
65
-46.27
-0.755
-0.260
70
-56.97
-0.930
-0.158
75
-81.27
-1.327
-0.001
80
-94.78
-1.547
0.276
85
-108.32
-1.768
0.878
90
-127.28
-2.078
1.337
100
-130.98
-2.138
1.633
110
-113.24
-1.849
1.603
120
-99.65
-1.627
1.527
130
-95.44
-1.558
1.535
140
-86.24
-1.408
1.408
150
-80.12
-1.308
-1.308
160
-82.67
-1.350
-1.350
170
-96.38
-1.574
-1.574
180
-90.49
-1.477
-1.477
< 토의 >
이번 실험에서는 외부유동에 대해서 실험을 하였다. 이번 실험도 점성계수측정실험2에 이어서 낡은 장비로 인해 실험하기가 힘들었다. 이론값과는 많은 차이가 났다 하지만 실험원리를 이해하고 실험방법을 이해할 수 있는 실험이였다. 박리가 일어나는 구간을 실제이론은 30도 부근이였지만 실험결과로는 이론값의 2배정도인 60도 부근에서 일어났다. 이런 원인은 이론에서는 원통의 전단력을 무시했지만 실제 실험에서는 전단력의 작용으로 박리점이 뒤에 생긴 거 같다.
< 오차의 원인 >
1. 낡은 실험기구
2. 속도를 재는 피토관의 위치가 정확히 고정되지 않았음.
3. 원통이 수평이 되기 위해 양옆을 잡아주는 실험기구의 미흡화.
4. 각도에 따른 압력분포 측정시 사람눈으로 정확한 각도 측정 불가
5. 참고 문헌
유체역학
출판사 : 사이텍미디어. ( 유체역학 )
저자 : 유상신, 서상호, 배신철 공역.

키워드

풍동실험,   외부유동,   박리점,   항력