유체역학 실험보고서 - 수소기체를 통한 유체의 가시화 실험

본문내용

관성은 그것이 이와 같은 장애물들의 예리한 모를 따르는 것을 방해할 것이고, 그리고, 그 결과 경계표면부터의 유체의 박리가 그 곳에서 기대되며, 유동에 의하여 나타나는 비대칭인 유동장과 장애물 하류에 후류(wake)가 생기게 한다.
박리가 일어난 다음의 박리점 가까이의 유동장은 대략 그림에 표시된 것과 같이 나타난다. 명백히 박리점 위치의 해석적인 예측은 위에 언급한 현상들에 관한 정확한 정량적 지식을 필요로 하는 매우 어려운 문제이다. 이 이유 때문에 부드럽게 만곡된 물체들이나 장애물에서의 박리와 박리점 위치의 예측은 일반적으로 해석보다 실험으로 더욱 신뢰성 있게 얻어진다.
fig.8.외부유동에서의 박리
실제유체의 가속은 효율적인 과정이 되며, 감속은 비효율적인 과정이 되는데 도움이 된다. 잠긴 물체의 전단표면에 연하여 일어날 때 가속된 운동은 경계층을 안정하게 하는, 그러므로 에너지 손실을 최소로 하는 바람직한 압력구배를 동반한다. 감속운동은 박리, 불안정, 와동형성과 큰 에너지 손실을 촉진하는데 도움을 주는 역압력구배를 동반한다.
3.실험 기구 및 방법
3.1 실험기구
수소기포의 크기가 중요하다.수소기포가 너무 크면 기포가 유체를 따라 흐르지 않고 수면위로 떠오르게 되며 기포가 너무 작으면 관찰이 불가능 하다.
수소기포의 크기는 platinum와이어에 흐르는 전류로 조절된다. 수소기포의 적당한 발생빈도는 유동을 명확히 가시화 해준다. 발생빈도는 pulse time duration조절나사로 조절된다.
fig.9.유동가시화 실험기구
table.1.각부명칭
3.2 실험방법
1)실험준비
*반드시 전원플러그를 뺀 상태에서 작업한다.
①펌프소켓과 플러그를 극성에 맞추어 연결한다.
②light소켓과플러그를 극성에 맞추어 연결한다.
③비커에 황산소다 250mg을 따뜻한 물에 용해시켜 준비한다.
④물탱크에 물을 절반정도 채운 후 용해된 황산소다를 넣고 수위가 wire의 약간 위까지 오도록 물을 채운다.
⑤platinum와이어를 쏠멘트등을 이용하여 깨끗이 닦은후 fork holder와 삼각대를 이용하여 실험장치를 설치한다.
⑥검정색 리드선의 crocodile clip을 fork holder 끝부분에 물린후 반대쪽 probe소켓의 검정색 부분에 연결한다.
⑦붉은섹 리드선의 crocodile clip을 metal weir support에 물린후 반대쪽 probe소켓의 붉은색 부분에 연결한다.
2)실험방법
①실험장치의 전원플러그를 연결하고 전원을 켠다.
②펌프 스피드 조절나사를 반시계방향으로 완전히 돌린 후 펌프스위치를 켠다. 펌프 스피드 조절나사를 시계방향으로 돌려 적절한 스피드가 되도록 맞추며 장치내 공기를 제거하고 황산소다 용액이 잘 섞이도록 한다. 만약 물이 흐르지 않으면 수위를 조절한다.
③platinum와이어가 수면 바로 밑에 위치하도록 조정한다.
④bubble start 버튼을 누른 후 전류가 22mA 정도 될 때까지 전류량을 조절하며 수소기포가 발생하는지 확인한다.
⑤전류량을 조절하며 수소기포의 크기가 변하는지 관찰한다.
⑥pulse time duration조절 나사들을 돌리며 적당한 수소기포가 발생되도록 조절한다.
⑦model mounting pillar에 다양한 모델을 바꿔가며 유동을 관찰하고 촬영한다.
4.실험결과 및 토의
*실험결과를 눈을 통해서는 확인하였으나 사진촬영을 통한 결과 확인이 힘들어 가시화를 나타낸 그림을 함께 첨부한다.
가) 모델.1
-이론적 고찰
원기둥의 형상을 두고 유동을 살펴보았을 때 이론적으로 알고 있던 형상을 띄는 것을 알 수 있었다. 유동의 흐름을 맞이하고 있는 부분의 정반대면에서 후류가 발생하는 것을 확인할 수 있었으나 계속적으로 빠른 유동을 하는 수소기포를 통해서 박리점을 찾는것이 힘들었다.
나) 모델.2
-이론적 고찰
단면이 비행기의 날개형상을 하고 있는 모델이다. 더 새로운 형상을 알아 보기위해서 형상을 약간 비스듬하게 각도를 조절한 후에 유동을 관찰하였다. 모델 단면의 윗부분에서 역시 후류가 발생함을 보았으며 단면의 아랫부분은 별다른 장애 없이 순탄하게 미끄러지듯한 유동형상(층류)을 보았다.
다) 모델.3
-이론적 고찰
직사각형의 단면을 가진 기둥이다. 유동형상을 살펴보면 단면의 가로면을 따라 생기는 후류가 단면을 모두 통과 후에 생기는 후류까지 이어지는 것을 볼 수 있다.
5.참고문헌
http://blog.naver.com/iyh922/60014867135
유체역학 대광서림 윤준규 “7. 물체에 미치는 유체의 힘”

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