유체역학 실험보고서 - 원주의 유체저항 측정

목차

1. 실험 목적

2. 기초개념

3. 실험장치

4. 실험방법

5. 결과

6. 결론 및 토의

본문내용

-2.85961
104.4
2.883301
2.902301
-0.97699
-9.57454
3.3488
-12.9233
-0.34249
0.085163
-2.75268
108
2.89209
2.91109
-0.8891
-8.7132
3.3488
-12.062
-0.31967
0.098771
-2.61812
111.6
2.847656
2.866656
-1.33344
-13.0677
3.3488
-16.4165
-0.43507
0.160144
-2.45805
115.2
2.87207
2.89107
-1.0893
-10.6751
3.3488
-14.0239
-0.37166
0.158232
-2.27497
118.8
2.877442
2.896442
-1.03558
-10.1487
3.3488
-13.4975
-0.35771
0.172315
-2.0718
122.4
2.872559
2.891559
-1.08441
-10.6273
3.3488
-13.9761
-0.37039
0.198453
-1.85172
126
2.880859
2.899859
-1.00141
-9.8138
3.3488
-13.1626
-0.34883
0.205027
-1.6182
129.6
2.887695
2.906695
-0.93305
-9.14387
3.3488
-12.4927
-0.33108
0.211027
-1.37494
133.2
2.869141
2.888141
-1.11859
-10.9622
3.3488
-14.311
-0.37927
0.259615
-1.12577
136.8
2.851074
2.870074
-1.29926
-12.7327
3.3488
-16.0815
-0.42619
0.310667
-0.87461
140.4
2.853027
2.872027
-1.27973
-12.5413
3.3488
-15.8901
-0.42112
0.324465
-0.62543
144
2.892578
2.911578
-0.88422
-8.66534
3.3488
-12.0141
-0.3184
0.25758
-0.38216
147.6
2.837891
2.856891
-1.43109
-14.0247
3.3488
-17.3735
-0.46043
0.388743
-0.14863
151.2
2.861328
2.880328
-1.19672
-11.7279
3.3488
-15.0767
-0.39956
0.350128
0.071473
154.8
2.875977
2.894977
-1.05023
-10.2923
3.3488
-13.6411
-0.36152
0.327101
0.274679

- 두가지 방법으로 구한 CD 값의 오차는 0.087이다.
6. 결론 및 토의
1) 오차의 발생원인
적분을 이용한 방법에서의 근사값을 구하는 과정 (CD 계산시)
세밀한 측정(step의 크기 및 횟수)의 필요
실험장치의 미흡
Wind Tunnel로 부터의 불균일한 유속, Pitot Tube를 통한 부정확한 데이터 reading
2) 실험값와 이에 대한 그래프를 분석한 결과 박리점은 50~60°부근으로 생각된다.
3) 박리에 대하여
박리란 간단히 말해서 경계층이 고체 표면에서 떨어지는 현상으로서 박리를 지배하는 것은 경계층에 접한 주류의 압력상승으로 박리 초기에는 경계층과 주류는 상호영향으로 미치고 있다가 이윽고 정상적인 박리상태가 출현한다. 본래 속도구배가 있는 영역으로서의 경계층은 와동층으로 경계층이 물체 표면으로부터 박리되면 유체중으로 밀려난 원래 불안전한 와동층은 분열되어 와동군으로 되어 복잡한 후류를 형성한다.
경계층내의 압력은 주류의 압력과 거의 비슷하며 두께 방향으로 거의 일정하므로, 물체 표면에 연한 방향에는 주류의 압력구배로 된다. 따라서, 하류로 진행할 수록 압력이 상승하는 경우를 생각하면 아래 그림과 같이 하류로 갈수록 감속되는 경계층내의 유동은벽에 가까운 흐름일수록 한층 더 감속되어 결국에는 역류되기 시작한다. 이 전환점은 벽에서의 속도구배가 제로로 되는 점으로 경계층이 박리되는 점(박리점)이다.
박리는 유동에 의한 물체저항을 크게 좌우하고 있다. 원래 물체의 표면에는 압력과 전단응력이 작용하고 있기 때문에 표면 전체에 걸쳐서 각각의 유동방향 성분을 적분한 압력저항(pressure drag)과 마찰저항(friction drag)으로 크게 구분할 수 있다. 양자를 합쳐 전체저항이라고 부르고 있다.
그것은 경계층의 천이 및 박리와 밀접하게 관계되어 박리가 생기지 않는 소위 [유선형] 물체가 받는 저항은 마찰 저항만으로 된다.
인간 사회에 있어서 마찰력에 맞서는 저항과 압력에 대항하는 저항 양자를 생각해보면 압력에는 이미 대항하기 어렵다는 가혹함이 있다. 그렇다고 해서 인간이 항상 유선형으로 꾸밀 수도 없다. 그 정도로 날개 및 유체 기계의 성능 등을 한계 값으로 몰아 넣을 정도의 치명적인 영향이 마찰저항보다도 압력저항에 있다. 그것은 박리 현상에 있어서 그 양상을 드러내고 있다.
유동에 직면한 평판에서는 유동은 정해진 모서리로부터 박리되고, 이 경우에는 압력저항만이라고 말하여도 좋고 그 값도 마찰 저항과 같이 레이놀즈 수에 따라 변하지 않는다. 원주나 구인 경우 에는 경계층의 박리는 경계층의 천이 뒤로 박리점이 이동하고, 압력저항의 크기도 이것에 지배된다.
난류 경계층 유동은 층 내외에서 와괴의 혼합작용이 활발하여 주류로부터 끊임없이 에너지 보급이 행해진 결과 층류 경계층에 비해서 박리되기 어렵다. 이것은 균일 유동 중에 놓인 원주 표면에 걸리는 압력분포를 보면 잘 알 수 있다. 층류의 경우 층류 경계층이 형성되어 압력상승 영역에 들어가면 얼마후에 박리되어 압력은 거의 회복되지 않고 전면과 후면과의 압력차이는 다른 경우보다도 커서 압력저항이 큰 것을 알 수 있다. 난류의 경우는 압력 상승으로 이동함과 동시에 난류로 천위하여 박리되는 위치는 측류의 경우보다 상류측으로 이동한다. 이것은 박리 영역이 넓어진 것으로 압력저항은 박리 영역 폭의 대소와 크게 관계되고 있다.
이 현상은 볼에 있어서도 마찬가지 경향으로 난류 경계층을 인위적으로 만들어 박리 영역을 좁게 하여 압력 저항을 적게 하려고 한 것이 골프공의 딤플이다.

키워드

유체역학,   실험보고서,   원주,   유체저항,   측정