유동가시화

소개글

유동가시화에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 제목 : Laser 장치를 이용한 U-tube 내의 유동 가시화
2. 실험 목적
3. 이론
1) 층류와 난류
2) 레이놀즈수
3) 딘 수
4) 2차 유동
5) 또 다른 유동 가시화 방법
4. 실험 방법
1) U-Tube에 물을 공급하기 위한 Pump를 구동시킨다. 이 때, 너트와 볼트의 체결 상태를 확인하여 누수가 있는지 여부를 확인한다.
2) Pump로 인해 순환하는 물의 저장조에 가시화를 할 수 있는 Particle을 넣어 준다.
3) 물이 유동하고 있는 U-Tube내에 완전히 채워지도록 내부에 흡입된 공기들을 제거해준다.
4) Water Bench의 밸브를 이용해 Pump로부터 공급된 물의 속도를 조절한다.
5) 레이저의 전원을 켠다.
6) 실험에 적합하도록 레이저의 빛의 밝기를 증폭시킨다.
7) 레이저 Sheet를 U-Tube의 각 실험 위치에 놓아 주 유동 및 2차 유동을 관측한다.
8) 관측 결과를 촬영한다.
5. 실험 결과

본문내용

최고 속도를 살펴보면 U-tube가 대칭이므로 기하학적 조건에 맞게 최고 속도 역시 대칭과 유사하게 나온 것을 볼 수 있다. 또한 90도에서 최고 속도가 가장 적게 나온 것을 볼 수 있었고 직관과 비슷한 0도와 180도에서 최고 속도가 가장 크게 나오는 것을 볼 수 있었다. 이렇게 측정한 속도를 이용하여 레이놀즈수와 딘수를 각각 계산해 본 결과 레이놀즈수는 2300이 훨씬 넘게 나오므로 관내 유동이 난류임을 알 수 있고 딘수는 36이 넘는 것으로 보아 와류를 일으키는 유동임을 알 수 있다. 또 다른 결과물인 사진을 보면 영상 기술적인 문제로 선명하게 보이지는 않지만 우리가 직접 보았을 때 1차 유동은 확실히 볼 수가 있었다. 하지만 우리 조원 모두가 2차 유동에 대한 지식이 사전에 없었기 때문에 어떤 형태의 유동인지 미리 예측하지 못하고 또 1차 유동에 비해 2차 유동의 관찰이 상대적으로 매우 어려웠기 때문에 2차 유동은 그렇게 자세히 관찰할 수 없었던 것이 매우 아쉽다.
또 하나 매우 주목할 만 했던 것은 곡관에서 관찰했을 때 입자의 속도 분포가 휘어지는 바깥쪽이 안쪽보다 빠르게 분포되어지는 것이었다. 처음 그것을 관찰했을 때는 단순히 원심력 때문이겠구나 하며 생각했었는데 조원들과 토의하고 또 나름대로 개인적으로 조사해봤지만 원심력 밖에는 달리 설명할 수 있는 가능성이 없는 것 같다. 하지만 나름대로 조사하면서 2차 유동에 대한 새로운 지식을 배운 것이 큰 의미로 남는다. 그러한 2차 유동에 대한 지식으로 곡관 내의 유체 유동을 해석해 보았다. 곡관에서는 바깥쪽의 속도가 더 빠르게 분포한다. 따라서 안쪽과 바깥쪽의 속도 차에 따라 압력 구배가 발생하게 되고 이것이 원심력을 이기고 유체 유동 방향과는 다른 유동을 일으키게 되는 것이다. 이것이 바로 곡관 바깥쪽으로부터 곡관 안쪽으로 향하는 2차 유동인 것이다. 이러한 사실을 2차 유동을 배우며 나름대로 예측해 볼 수 있었다. 또 이것과 똑같이 직관에서도 중앙의 속도가 벽면의 속도보다 빠르므로 관 중앙에서 벽면으로 향하는 2차 유동이 발생할 것을 예측할 수 있다. 실험 시에는 이러한 예측 없이 관찰했기 때문에 잘 보지 못했던 것이 아쉽다. 따라서 이러한 지식을 가지고 다시 한 번 실험해 보았으면 좋겠다는 생각도 많이 든다. 또한 이러한 아쉬운 점을 다른 실험에도 적용해 앞으로의 실험들은 미리 사전 지식을 갖고 임하는 것이 좋겠다는 중요한 깨달음도 얻었다.

키워드

유체유동,   레이놀즈수,   층류,   난류,   임계점,   2차유동