유체역학 실험 - 광학기기를 이용한 유동장 측정 실험

소개글

유체역학 실험 - 광학기기를 이용한 유동장 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

없음

본문내용

6토론(discussion)
㉠ 광학측정 기기의 측정 원리에 대해 조사하고 두 측정
기기의 특성을 비교하여 논하라.
PIV의 경우 시간간격t 동안 움직인 tracer 입자들의 변위정보를 화상입력장치에 저장한 후, 디지털 화상처리기법을 이용하여 입자변위를 계측하고 시간간격 t 로 나누어 줌으로써 속도벡터를 추출하는 광학측정 장치이다. 렌즈를 이용하여 레이저 평면광을 만들어 계측하고자 하는 유동평면을 조사하게 한다. 반면 LDV의 경우 레이저광이 움직이는 유체입자에 의해서 산란될때 도플러효과에 의해 변화하는 주파수를 측정함으로써 속도벡터를 추출하는 광학적 장치이다. PIV는 계측오차, 속도취득 algorithm등의 교정 통하여서 보다 정확한 난류운동의 측정이 가능하며, LDV의 경우 응답성이 빠르고 교정이 불필요한 반면 신호처리계통의 복잡성, 주파수의 계측과정에서 발생하는 많은 noise발생 등의 단점을 들 수 있겠다.
㉡원주 후류에서의 난류강도를 원주 중심선을 따라 구하고 그래프로 나타내어라. 결과 그래프의 양상을 유동 흐름과 관련지어 설명하여라.
난류강도를 원주 중심선을 따라 구한 결과 위와 같은 그래프 결과를 얻었다. 난류강도가 y=49 지점과 y=70지점에서 최고가 됨을 볼 수 가 있다. 이 두 point를 실린더 후면의 두 난류의 core라고 볼 수 있겠다. 이후 y가 증가함에 따라 난류강도가 감소하다가 다시 y=95지점까지 증가하는 양상을 보이게 되는데, 이는 실린더의 바로 후면에 해당하는 위치로서 이 부분에 있어서 큰 난류가 생김을 관찰할 수 있다. 전체적으로 보았을 때 단조증가할 것이라는 예상과는 달리 그래프는 단조증가 - 단조감소 - 단조증가 - 단조감소의 형태를 띄었으며, 하지만 전체적으로 Y가 증가 (실린더쪽으로) 함에 따라 난류강도가 증가하는 양상을 보였다. 전체적으로 실린더로부터의 거리가 멀어질수록 (y=100 ->y=0) 난류강도가 감소하는 추세를 보이는 것으로 볼 때, 이는 실린더 후류에서 강한 난류가 생기지만 실린더로부터의 거리가 멀어짐에 따라 난류의 강도가 점차 감소하는 것으로 볼 수 있다.
이론적으로 예측하여 보았을 때 실린더 후류에서의 난류강도는 실린더로부터 멀어질수록 단조 감소해야 하지만 실질적으로 측정하였을 때, y=80부근에서 증가하다가 다시 감소하는 양상을 보였다.
이 경우 첫째 실험계측상의 오차라고 볼 수 있는데, PIV로 유동을 계측할 시에 water tunnel 내 유동안의 미세한 부유물들에 의해 오차가 생긴 것으로 예상하여 볼 수 있겠다.
둘째로 난류강도 식상의 오차로 볼 수 있겠다. 실제 난류강도를 정확히 구하기 위해서는 여러 시간에 걸친 속도분포 데이터를 구하여야 한다. 그러나 한 순간의 속도 데이터만을 얻으므로, 다른 방식의 접근을 통하여서 난류강도를 구하였다. 이러한 실제식과 이론식 간의 차이로 인하여 오차가 생긴 것으로 보인다.
오차를 줄이기 위해서는 PIV유동 측정시 여러 시간에 걸친 데이터를 수집하여 실제 난류강도식을 통하여서 난류의 분포를 구해야 할 것으로 보인다.

키워드

유체역학 실험 ,   광학기기,   유동장 측정 실험