(결과) 기계응용실험 유체유동실험

목차

1. 실험 목적

2. 실험 관련 이론
　(1) 난류 속도 (난류 신호)
　(2) 제트유동의 일반적 특성
　(3) 열선유속계의 동작원리
　(4) 피토관(pitot tube)의 동작원리

3. 실험장비 및 방법
　(1) 실험장비
　(2) 실험방법

4. 실험결과

5. 결론 및 고찰

6. 참고문헌

본문내용

측정하며 그 이외의 영역에서는 4㎜씩 이송하여 측정한다.
-열선은 직경이 미소하여 미세한 충격에도 파손될 우려가 있으므로 신중히 다루어야 한다.
4. 실험결과
피토관을 통한 유동장 측정
x/d
Pitot Tube velocity - heights (by ORIGIN)
8
12
20
24
검토
풍동입구직경(d)과 풍동입구와 피토관까지의 거리(x) 비를 8과 24로 변경하면서 속도데이터를 얻은 결과, x/d의 값이 커지면 즉, 노즐 출구에 대해서 멀어지게 되면 가까운 거리에서 보다 속도 분포가 전반적으로 낮게 나타남을 볼 수가 있다. 이 현상의 원인은 노즐 출구에서 가까우면 흘러가는 공기의 속도 때문에 주변공기에 대한 간섭이 적어서 높은 속도분포를 보인다. 그러나 어느 적정거리까지는 높은 속도 분포를 보이다 그 지점이 지나게 되면 갑자기 주변 공기의 유입에 의한 간섭이 커져서 속도가 갑자기 감소하는 결과를 보여준다. 층류성격이 강해서 높은 속도를 보이다 주변 공기의 유입으로 인하여 난류성격이 커지기 때문이라고 해석할 수 있다.
열선 유속계
volts - velocity (by ORIGIN)
Polynomial fit (by ORIGIN)
검토
열선데이터는 x/d가 8과 24에서 얻어졌다. 여기서 얻어진 데이터는 전압값으로서 실제적인 유속값으로 변환할 필요가 있다. 이를 위해 ORIGIN프로그램의 polynomial fit 기능을 이용하여 볼트를 속도로 변환 할 수 있는 3차식의 계수들을 얻을 수 있으며 이식을 이용하여 열선의 전압데이터를 유속의 데이터로 변환하게 된다. fitting결과는 다음과 같다.
polynomial fit : f(v)=-1.14229+0.03522-0.01067-(3.85707E-4)
(여기서 f()는 실제유속값, 는 volt값)
x/d
Hot wire velocity - heights (by ORIGIN)
8
24
열선 유동장
난류강도
x/d
Tubulent flow Strength - heights (by ORIGIN)
8
24
절대 난류 강도 (절대난류강도 = )
x/d
Absolute tubulent flow Strength - heights (by ORIGIN)
8
24
상대 난류 강도 (상대난류강도 = )
x/d
Relative tubulent flow Strength (by ORIGIN)
8
24
검토
Hot wire로 구한 속도로 x/d=8과 24에서 절대 난류 강도와 상대 난류강도의 그래프를 나타내었다. 절대 난류 강도의 그래프에서 보면 x/d=8, 24 모두에서 heights/d=0에서의 값이 그보다 큰 heights/d=1~2 사이 값보다 더 작게 나타났다. 그 이유는 다음과 같다. 난류강도가 크다는 말은 속도의 편차가 크다는 것을 의미한다. 앞에서 평균속도 그래프에서 볼 때 heights/d=1~2에서 속도가 급격하게 떨어지는 것을 확인할 수 있는데, 속도가 급격히 떨어지므로 속도의 편차가 큼을 알 수 있다. 따라서 그 부분에서 난류강도가 가장 크다. 즉 난류 강도는 앞에서 본 평균속도 분포의 기울기를 뜻한다고 생각할 수 있다. 또한 중심부분은 속도가 다른 곳에 비해서 속도가 빨라서 외부의 공기 유입이 적어 그 보다 바깥쪽에서 보다 낮은 절대 난류강도를 가진다고 분석할 수 있다. 중심에서 약간 떨어진 부분은 공기의 유입으로 인한 마찰력과 저항력에 의해서 난류강도 최대에 이른다고 볼 수 있다. 이론상 평균 속도 그래프를 살펴보면 x/d=8 그래프에서 속도가 급격히 바뀌는 부분은 x/d=24 그래프의 속도가 급격히 바뀌는 부분보다 y/d의 값이 더 작은 곳이다. 따라서 상대난류 강도 그래프에서 x/d=8와 x/d=24의 상대난류 강도의 차이가 있는 것이다.
5. 결론 및 고찰
일정한 노즐 속도에 따라 거리를 달리하면서 평균 속도 분포와 난류강도를 측정해보았다. 평균속도는 노즐 중심부에서 가장 크며 밖으로 갈수록 작아짐을 확인하였으며, 난류강도는 중앙부에는 공기의 흐름이 빨라서 외부 공기의 유입이 적어 그보다 약간 바깥쪽의 난류강도 보다 작게 측정 되었다. 이러한 속도 분포나 난류강도는 포텐셜 코어라는 영역을 지나면서 급격하게 바뀐다는 것을 알 수 있었다.
실험을 통한 데이터와 데이터를 이용한 그래프를 분석함으로 위와 같은 결론에 도달하게 되었고 유체의 일반적인 거동 특성을 파악할 수 있었다.
6. 참고문헌
B.R. Munson, 유체역학, 청문각, 2007.
고한서 외 4명 공저, 최신 유체역학, 교학사, 2008.

키워드

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