제트의 유동장 측정 실험

소개글

제트의 유동장 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론
□ 실험목적
◊ 실험 배경 이론
● 제트유동의 일반적 특성
● 피토관(Pitot tube)과 열선 유속계(Hot-wire)의 동작원리
● 축대칭 난류 제트의 이론

2. 본 론
□ 실험 순서 및 방법
◊ 실험장치의 구성
◊ 실험장치
◊ 실험 순서
□ 실험 결과 및 고찰
◊ 실험 결과 및 고찰

3. 결 론

4. 참고문헌

본문내용

화시키면서 난류의 속도와 난류강도를 비교한 실험결과이다. 왼쪽 그래프는 각 지점의 난류속도를 나타낸 것으로서 X/W=3까지 원래 제트속도가 비슷하게 유지되고, X/W값이 커질수록, 즉 제트 출구에서 멀어질수록 속도가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. X/W 값에 따른 절대난류강도는 X/W=8에서 가장 강하게 나타나며 X/W=8이 될 때 까지 난류 강도는 점점 증가하지만, X/W=8을 넘으면 제트출구에서 멀어질수록 난류강도는 줄어든다.
3. 결 론
난류의 속도 그래프와 난류 강도의 그래프는 X값은 고정하고 Y 값을 변화시켜 얻은 값이며 무차원수로 바꿔주기 위해 Y에 W를 나눠 주었고 속도 또한 측정 속도 값에 제트 출구속도, 즉, 절대속도를 나눠 주었다. 각 속도는 한 지점의 데이터의 평균값이다. 실제실험에서 노즐의 폭 W=20mm로서 CODE 1의 X 값은 140mm(X/W=7) 과 CODE 2의 X 값은 280mm(X/W=14)로 고정하여 실험 하였다. Pitot-tube는 데이터 출력 값의 평균치를 실험자가 적당히 읽은 것이고, Hot-wire의 값은 컴퓨터가 측정 데이터를 평균값으로 계산한 것이다. 따라서 두 값이 똑같이 나오지는 않지만, 대략적인 난류속도의 경향은 파악할 수 있다.
우선 y축에 따른 난류 유동 속도를 살펴보면, 국소적인 제트의 성질에 따라 중심에서 매우 빠른 속도를 보이지만 중심에서 y축 방향으로 거리가 멀어질수록 속도는 느려지는 것을 관찰할 수 있다. 제트가 분출하면서 난류를 일으켜 공기의 흐름을 빠르게 하지만 중심부분 이외에서는 속도가 급격하게 줄어들기 때문이다. 중심에서 y축 방향으로 멀어질수록 제트의 속도는 0로 수렴하는데, 이는 제트가 y축 방향으로는 큰 속도변화를 일으키지 않는다는 것을 나타낸다.
y축에 따른 절대난류와 상대난류의 강도에서 난류의 유동이 빠르고 와류가 심하다는 것은 그 부분에서의 난류 에너지가 크다는 것이다. 난류의 강도는 절대난류강도와 상대난류강도로 나누어서 확인했는데, 절대난류강도는 속도의 표준편차에 제트출구속도를 나눠준 값으로 나타내고 상대난류강도는 표준편차에 각각의 속도를 나눠준 값으로 나타낸다. 그래프를 보면 속도가 빠를 때 y축으로 조금만 이동해도 난류강도가 세어진 것을 알 수 있다. 난류강도는 rms 값으로 속도에 따라 변하는 것이 아니라 그 구간의 속도의 편차에 따라서 변하는 것이므로 속도의 차이가 많이 날수록 커지는 것이다. 따라서 절대난류강도가 크다는 것은 절대속도에 비해 어떤 지점의 속도의 편차가 크다는 것으로서 중앙에서 약간 벗어난 지점에서 난류강도는 가장 강하게 나타났다. rms 값에 절대제트속도를 나눠 주는 절대난류강도와 달리 상대난류강도는 rms 값에 그 지점에서의 평균속도 값을 나눠주게 되는데 rms 값이 상대적으로 작아도 그 지점에서 속도가 작다면 난류강도는 커지게 된다. 따라서 제트의 중심에서 멀어져도 평균속도가 작기 때문에 난류강도는 크게 나온다. 그리고 X/W=7 일 때 보다 X/W=14 일 때 상대난류강도는 대체로 강하면서도 폭넓게 나왔는데 출구에서 멀어질수록 상대난류강도는 더욱 발달되며 속도의 구배가 심해진다고 추정된다.
x 축에 따른 난류의 속도와 난류강도를 알아보기 위해서 그래프를 살펴보면 난류속도는 제트 출구에서 최대가 되며 X/W 값이 커질수록 작아진다. 이는 제트가 출구를 빠져나오면서 주위의 공기가 유입하게 되고 이에 따른 속도 감소와 공기의 마찰 때문에 x 축으로 멀어질수록 속도가 줄어드는 것이다. 처음의 제트속도가 일정하게 유지되는 구간을 퍼텐셜 코어라고 한다. 퍼텐셜 코어를 기점으로 난류강도는 급속하게 변하는 것을 관찰 할 수 있다. 이는 퍼텐셜 코어가 속도가 일정하게 유지되는 구간을 가리키는 정의를 통해서 알 수 있는데, 이 구간에서는 편차가 작다. 하지만 속도가 줄어들면서 난류가 강해지고 퍼텐셜 코어 이외의 구간에서의 속도 편차는 커지게 되므로 그에 따른 절대난류강도는 증가하게 된다. 제트 입구와 조금 떨어진 곳 약 X/W=8(160mm)에서 가장 강한 난류가 발생한 것은 퍼텐셜 코어가 끝나면서 난류유동이 활발히 일어나기 때문으로 추정된다.
4. 참고문헌
1) 기계공학응용실험, 기계공학실험교재편찬회 저, p1~11, 청문각
2) Fundamentals of Fluid Mechanics, 4th edition, Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi, John Wiley & Sons, Inc.

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