선박해양공학실험 유속분포의 특성 보고서

본문내용

측면 부분이 유속의 세기가 느리다는 것을 알 수 있는데 이는 측면 부분에 생기는 마찰력으로 인하여 수조 속의 유속의 속도가 감소하게 되고, 수조의 길이 L에 정비례 한다. 유속계의 위치가 수조 앞에서 멀어질 수록 그에 따르는 저항력이 더 강해지기 때문에 데이터 자료를 보면 유속의 세기가 점점 줄어드는 것을 알 수 가 있다.
기타사항으로 마찰력의 영향을 보면 해수면 위로 부는 바람이 파도나 해류를 만들고, 이웃한 해수 사이의 운동에너지 교류에 중요한 기작을 제공하며 바다로부터 운동에너지를 받아서 열에너지로 바꾸는 영향력을 미치기도 한다.
- 수심에 따른 유속의 변화 실험결과 분석
실험 결과와 이론적 결과를 비교하면 몇 가지 차이를 보임을 알 수 있다. 80RPM인 경우는 이론과 같은 결과치를 보였지만 200RPM에서는 별차이는 없지만 표면상에서 더 약하게 수치가 나왔다. 원인은 떨림현상이 강한 이유인듯 하다.
이 이유에 대해 우리는 수심이 깊어짐에 따라 유속계에 작용하는 모멘트(M)에 관련하여 생각해 보았다.
※ 모멘트(Moment)
모멘트(M)는 힘과 그 힘에서 도심까지의 곱으로 나타내어진다.
M = FL (Nm)
F= ma(m:질량 a:가속도)를
이용하여
M= FL =maL
이를 차원해석 하면
M=ll/t2l=l(l/t)2
위 식을 알 수 있고 l/s는 속도(v)로 표현 되므로
M=mV2
따라서 모멘트 값은 V2에 비례한다.
즉, 수심이 깊어질수록 유속측정기의 도심으로부터의 길이(l)이 증가하므로 모멘트 값이 커지고 이에 따라 속도(v)가 크게 측정되게 된다.
이러한 원인으로 수조 바닥부근의 유속이 예측치 보다 크게 측정되는 경우가 발생하였다.
4. 자유표면에 따른 유속의 변화 데이터분석
실험데이터 분석을 하며 아쉬웠던 점이 자유표면이 유속에 미치는 영향을 분석하고자 하였으나 자유표면 분석에 필요한 데이터 값을 연속적으로 측정하지 못하였기 때문에 자유표면에 대한 명확한 분석을 하지 못하였다. 다만, 실험이론에서 밝힌 바와 같이 경계층의 특성, 수면에 대한 표면장력 등으로 유속분포도와 같은 상단부분에서의 유속의 소폭 감소를 분석하였다.
Chapter 6. 결 론 & 고 찰
이번 실험을 통하여 크게 수심과 측벽에 영향으로 인한 유속분포에 대하여 결론을 내리고 고찰해보았다.
80RPM 일 때의 유속분포를 보면 작은 차이긴 하지만 위에서 바라봤을 때 수조 가운데가 수조의 측벽 쪽에 비해서 유속이 더 빠름을 알 수 있었고, 옆에서 바라봤을 때 수조바닥의 유속이 표면과 중간보다 낮았다는 것을 알 수 있었다.
200RPM 일 때 유속분포를 보면 역시 작은 차이긴 하지만 수조 가운데가 수조의 유리 벽 쪽에 비해서 유속이 더 빠름을 알 수가 있었고, 특이할 만한 사실은 자유수면 근처가 전체적으로 수조바닥보다 유속이 느리다는 것과 중간 깊이에서의 유속이 가장 빠르다는 것을 알 수 있었다.
1. 측벽에 의한 유속의 변화
수조의 바닥과 양 벽은 모두 매끈한 유리로 되어있었지만 유체에서의 마찰을 생각하지 않을 수 없었다. 따라서 유속이 흐를 때 측벽에서의 전단력 때문에 이런 결과가 나왔다고 생각한다. 한편 실험이 끝난 후 조원들과 이야기를 나눈 결과 만약 물이 아니라 다른 유체였다면 어떠했을 까 란 의문이 제기 되었다. 이번 실험때는 수돗물이었지만 점성이 전혀 없는 이상유체 또는 점성유체로 각각 다른 유체로 실험을 했다면 점성으로 인한 에너지 손실과 측벽과 수조 바닥에 생기는 마찰력의 차이는 각각 달랐을 것이다. 그러므로 실험을 예를 들어 바닷물로 했더라면 지금의 결과와 어떠한 차이가 있었을까라는 궁금도 갖게 되었다.
2. 수심에 따른 유속의 변화
- 실험이론과는 달리 데이터분석에서 큰 오차를 발견하였다. 이부분은 수심이 깊어짐에 따라 위에서 밝힌 바와 같이 유속계에 모멘트가 비례하여 작용하여 유속이 빠르게 측정되는 것으로 분석하였다.
3. 자유표면의 유속의 변화
- 자유표면은 공기와 맞닿는 면이다. 공기는 유체에 비해서 밀도가 낮지만 이것 마찰력의 원인으로 작용한다. 역시 4cm, 35cm, 70cm의 깊이에서 측정했을 때 그 측정값이 달랐으므로 유체가 흐를 때 공기가 미치는 여향에 대해 생각해 볼 수 있다. 그리고 또한 수심에 따른 유속 분포를 살펴보고 이론상으로 와 실험상으로의 차이를 알 수 있었습니다. 이론상으로는 바닥의 마찰면의 저항이 자유표면의 공기의 저항보다 클 것으로 예상했지만 실험결과 자유표면의 유속이 바닥의 유속보다 더 느린 것을 알 수 있었습니다. 그 이유는 저항력의 크기보다 수심에 따른 모멘트의 값이 더 크기 때문인 것을 알 수 있었다.
자유표면은 데이터분석이 연속적으로 이루어지지 않았기 때문에 아쉽게 명확히 분석하지 못했으나 이론상으로 경계층, 표면장력 등의 원인으로 유속 감소가 일어남을 알 수 있었다
4. 최종 고찰
이번 실험은 회류수조 내부에 물을 순환시켜 위치에 따른 유속분포를 알아보는 실험이었다.
수로내 흐르는 물은 벽면과의 마찰상태, 공기와의 접촉상태, 또 물의 깊이등에 따라 각각 다른 유속분포를 나타낸다는 것을 알 수 있었으며 이론을 통해 공부한 것을 실제로 적용, 확인해보고 또한 관련된 이론을 찾아 탐구해 볼 수 있는 좋은 시간이었다. 다만 실험결과 중 Current meter의 측정값이 비교적 일정하게 유지되지 않고 가끔씩 큰 폭으로 변화하여 측정된 값의 평균값 계산에 많은 영향을 미친것 같다. 처음하는 실험이고 다소 부주의하게 실험이 진행되었던 것 같으며 앞으론 주의깊게 실험을 진행했다면 더 정확한 결과가 나오지 않았을까 생각된다.
Chapter 7. 참 고 문 헌
- 최신 유체 역학 / 양희준 외 ( 2000 ) / 보문당
- Fluid Mechanics 1st Edition / Yunus A. Cengel (2006) / The McGraw-Hill Companies
- Introduction to fluid mechanics / Fox. Mc Donald (2000) / 사이텍 미디어
- 수리학 / 윤태훈
- 신 유체역학 / 고영하, 정경섭 / 보문당
- 유체역학 / 김재원 등 / 문운당
- 기본 조선학 / 미국조선학회 (1971)

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