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목차
유체역학
열역학
열전달
분리공정
공정제어
창의적 사고 문제
열역학
열전달
분리공정
공정제어
창의적 사고 문제
본문내용
취하는 기능이므로 Preact라 불린다.
D 제어는 제어기를 빠르게 동작시켜 제어성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 공정 및 제어 신호의 노이즈에 대단히 민감하게 작동하여 불필요한 제어기의 출력 변화를 가져오게 하며 결과적으로 시스템을 불안정하게 만들 수 있는 단점이 있다.
Fig.6은 비례-적분-미분제어에서 출력값이 Set Point에 어떻게 접근하는가, 제어량 변화, P 제어, PI 제어, PID 제어의 응답특성을 보여준다.
창의적 사고 문제
1. 맨홀 뚜껑이 둥근 이유사각형이나 오각형 등의 다각형으로 만든 맨홀 뚜껑은 가로의 길이나 세로의 길이가 대각선의 길이 보다 짧게 된다. 이때 맨홀 뚜껑을 세로로 세웠을 때 맨홀의 대각선 쪽으로 빠져버리게 된다 그리고 맨홀의 뚜껑은 외부로 노출되어 있어서 온도 변화에 민감하여 기온과 조사량에 따라 팽창과 수축을 하게 되는데 이 때 각이 있는 맨홀 뚜껑이라면 각진 부분이 잘 맞지 않아 틀어지게 된다. 하지만 원형인 경우는 전체적으로 고르게 수축과 팽창을 하기 때문에 그런 걱정을 할 필요가 없게 된다.2. 비행기의 이륙 원리베르누이의 원리에 의해 양력이 발생한다는 것은 익히 알려진 사실임으로 이에 대한 설명은 생략 한다.비행기가 뜨는 원리는 베르누이의 원리 말고도 몇 가지 더 설명 될 수 있는데 이러한 것들이 복합적으로 작용 한다고 보는 것이 올바르다 그 몇 가지 원리 중에 작용 반작용의 법칙이 포함되며 이것은 결국 코안다 효과에 의해서 유발 된다. 코안다 효과(Coanda effect)에 의하면 공기나 물 같은 유체가 어떤 표면 근처에서 움직이면 유체는 에너지가 가장 덜 소비되는 쪽으로 흘러서 표면에 달라붙는 경향이 있다. 이에 따라 날개 주변을 흐르는 공기가 날개 표면에 밀착해서 움직이게 되는데 결과적으로 날개 모양을 따라 공기 흐름이 형성된다.따라서 날개 윗면으로 흐르는 공기는 날개 모양을 따라 위로 올라갔다가 내려오는 운동을 하게 된다. 그리고 이 공기가 날개 뒤편으로 빠져 나올 때, 관성에 의해서 계속 아래쪽으로 내려가려고 한다.이것 때문에 비행기 날개에서는 끊임없이 엄청난 양의 공기가 비행기 아래쪽으로 밀려 내려가는 효과가 발생한다. 이렇게 많은 공기를 아래쪽으로 밀어내면서 그 반작용에 힘입어 비행기가 위로 떠오르게 되는 것이다.
3. 계란을 돌릴 때 왜 삶은 계란은 잘 돌아 가는데 생계란은 돌리기 어려운가?삶은 계란은 껍질/흰자/노른자가 합해져서 하나의 물질처럼 거동하게 된다 이에 반해 생계란은 반유동성 물질로 채워져 있다. 생계란을 돌리면 껍질이 먼저 돌아 흰자를 돌리기 위해 밀 것이며 그리고 나서 노른자가 돌게 된다. 그러므로, 각층의 회전속도는 다르다. 그리고 계란내부에 생긴 이런 회전층이 서로마찰을 일으켜 회전 운동에너지의 상당부분이 열에너지로 전환된다. 이 때문에 날계란은 잘 돌지 않는다. 그래서 생계란은 잘 돌 수 없는 것이다. 반대로 돌고 있는 삶은 계란을 건드리면 즉시 멈추지만 돌고 있는 생계란을 건드리면 즉시 멈추지 않는데 이것은 돌리는 것과 반대의 현상이라고 할 수 있다.
4. 골프공은 왜 곰보인가?
이 문제를 알기 위해서 반드시 유체역학을 알아야 하는데 일단 반드시 필요한 부분만 언급 한다.중요한 것이 몇 가지가 있는데 난류(turbulence), 형상저항 그리고 박리점이 바로 그것이다.저항의 종류에는 여러 가지가 있는데 유체의 종류에 따라 그 종류가 달라 지게 된다.즉 바다의 수면에서 운동하는 선체 그리고 수면 아래에서 운동하는 잠수체 그리고 공기에서 운동하는 비행기 등 운동하는 유체에 따라 저항이 달라지는 것이다. 여기서는 간략하게 공기내에서 운동하는 골프공에 대해서만 살펴 본다. 공기 저항에는 두 가지 종류가 있다.첫 번째는 공의 앞 뒤 표면에 작용하는 압력의 차이 때문에 생기게 되는 저항인 형상저항(압력저항)과 공기와 공의 마찰로 인해 발생하는 마찰저항(점성저항)이다. 즉 골프 공이 갖게 되는 저항은 형상저항과 마찰저항의 합으로 표현 할 수 있다. 공기 중에 운동하는 골프 공의 경우 형상저항이 크기 때문에 형상저항을 줄이는 것이 골프 공의 비거리를 늘리게 되는 것이다 선체를 예를 들면 고속선, 저속선에 따라 총저항에서 차지 하는 각 저항의 크기가 다르기 때문에 배의 선형과 선속에 따라서 줄이고자 노력하는 저항이 달라지게 되는 것이다. 골프 공의 경우 그 줄여야 하는 저항이 형상 저항이라는 것이다. 유체의 흐름에서 하류로 갈수록 압력이 증가 하는 경우 경계층은 급격히 두꺼워 지고 역압력구배와 경계면의 전단력은 경계층내의 운동량을 감소 시킨다. 이 두가지 힘이 상당한 거리에 걸쳐 경계층에 작용하게 되면 경계층은 결국 정지 하게 되는데 이것을 박리하고 한다. 박리는 유체입자가 그의 운동에너지를 전환시켜 주위에 유체에 할 수 있는 유동일을 감소시킨다. 이때 하류에서는 역압력구배 때문에 역류가 유발된다.
위의 그림처럼 당구공의 경우 중간 표면에서 유동 박리가 발생 하게 되는데 이런 박리는 후류를 일으키며 형상 압력을 크게 증가 시킨다. 만약 이런 박리를 피할 수 있다면 경계층은 얇게 유지되며 후류에서의 압력감소를 피할 수 있다. 이로 인하여 압력 저항을 최소화 할 수 있다. 박리를 뒤쪽으로 보낼 수 있으면 좋은 것이다.경계층의 층류 대 난류의 특성도 박리점의 위치에 중요한 영향을 미친다. 일반적으로 유체가 어느 정도 이상의 속도를 가지고 흐르게 되면 유체의 흐름은 층류(larminar flow)를 벗어나 매우 불규칙하게 흐르게 되는데 이것을 난류(turbulence)라고 한다. 난류경계층내에서는 운동량수송이 더 많은 관계로 정돈된 층류유동에서 보다 더 박리를 일으키기 위해서는 더 큰 역압력구배를 필요로 한다. 층류경계층내의 유체 입자가 갖는 운동량이 난류경계층에서의 그것에 비하여 적기 때문에 한 역압력구배에 대하여 박리가 난류경계층에서보다 층류경계층에서 쉽게 일어난다. 만일 박리가 층류경계층으로부터 일어나면 경계층이 먼저 난류로 된 다음 일어나는 것보다 구의 훨씬 뒷 부분에 박리점이 위치하게 된다. 위의 그림에서 알 수 있다.
골프공의 홈은 비교적 빨리 난류로 천이 되도록 한 것이다.
D 제어는 제어기를 빠르게 동작시켜 제어성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 공정 및 제어 신호의 노이즈에 대단히 민감하게 작동하여 불필요한 제어기의 출력 변화를 가져오게 하며 결과적으로 시스템을 불안정하게 만들 수 있는 단점이 있다.
Fig.6은 비례-적분-미분제어에서 출력값이 Set Point에 어떻게 접근하는가, 제어량 변화, P 제어, PI 제어, PID 제어의 응답특성을 보여준다.
창의적 사고 문제
1. 맨홀 뚜껑이 둥근 이유사각형이나 오각형 등의 다각형으로 만든 맨홀 뚜껑은 가로의 길이나 세로의 길이가 대각선의 길이 보다 짧게 된다. 이때 맨홀 뚜껑을 세로로 세웠을 때 맨홀의 대각선 쪽으로 빠져버리게 된다 그리고 맨홀의 뚜껑은 외부로 노출되어 있어서 온도 변화에 민감하여 기온과 조사량에 따라 팽창과 수축을 하게 되는데 이 때 각이 있는 맨홀 뚜껑이라면 각진 부분이 잘 맞지 않아 틀어지게 된다. 하지만 원형인 경우는 전체적으로 고르게 수축과 팽창을 하기 때문에 그런 걱정을 할 필요가 없게 된다.2. 비행기의 이륙 원리베르누이의 원리에 의해 양력이 발생한다는 것은 익히 알려진 사실임으로 이에 대한 설명은 생략 한다.비행기가 뜨는 원리는 베르누이의 원리 말고도 몇 가지 더 설명 될 수 있는데 이러한 것들이 복합적으로 작용 한다고 보는 것이 올바르다 그 몇 가지 원리 중에 작용 반작용의 법칙이 포함되며 이것은 결국 코안다 효과에 의해서 유발 된다. 코안다 효과(Coanda effect)에 의하면 공기나 물 같은 유체가 어떤 표면 근처에서 움직이면 유체는 에너지가 가장 덜 소비되는 쪽으로 흘러서 표면에 달라붙는 경향이 있다. 이에 따라 날개 주변을 흐르는 공기가 날개 표면에 밀착해서 움직이게 되는데 결과적으로 날개 모양을 따라 공기 흐름이 형성된다.따라서 날개 윗면으로 흐르는 공기는 날개 모양을 따라 위로 올라갔다가 내려오는 운동을 하게 된다. 그리고 이 공기가 날개 뒤편으로 빠져 나올 때, 관성에 의해서 계속 아래쪽으로 내려가려고 한다.이것 때문에 비행기 날개에서는 끊임없이 엄청난 양의 공기가 비행기 아래쪽으로 밀려 내려가는 효과가 발생한다. 이렇게 많은 공기를 아래쪽으로 밀어내면서 그 반작용에 힘입어 비행기가 위로 떠오르게 되는 것이다.
3. 계란을 돌릴 때 왜 삶은 계란은 잘 돌아 가는데 생계란은 돌리기 어려운가?삶은 계란은 껍질/흰자/노른자가 합해져서 하나의 물질처럼 거동하게 된다 이에 반해 생계란은 반유동성 물질로 채워져 있다. 생계란을 돌리면 껍질이 먼저 돌아 흰자를 돌리기 위해 밀 것이며 그리고 나서 노른자가 돌게 된다. 그러므로, 각층의 회전속도는 다르다. 그리고 계란내부에 생긴 이런 회전층이 서로마찰을 일으켜 회전 운동에너지의 상당부분이 열에너지로 전환된다. 이 때문에 날계란은 잘 돌지 않는다. 그래서 생계란은 잘 돌 수 없는 것이다. 반대로 돌고 있는 삶은 계란을 건드리면 즉시 멈추지만 돌고 있는 생계란을 건드리면 즉시 멈추지 않는데 이것은 돌리는 것과 반대의 현상이라고 할 수 있다.
4. 골프공은 왜 곰보인가?
이 문제를 알기 위해서 반드시 유체역학을 알아야 하는데 일단 반드시 필요한 부분만 언급 한다.중요한 것이 몇 가지가 있는데 난류(turbulence), 형상저항 그리고 박리점이 바로 그것이다.저항의 종류에는 여러 가지가 있는데 유체의 종류에 따라 그 종류가 달라 지게 된다.즉 바다의 수면에서 운동하는 선체 그리고 수면 아래에서 운동하는 잠수체 그리고 공기에서 운동하는 비행기 등 운동하는 유체에 따라 저항이 달라지는 것이다. 여기서는 간략하게 공기내에서 운동하는 골프공에 대해서만 살펴 본다. 공기 저항에는 두 가지 종류가 있다.첫 번째는 공의 앞 뒤 표면에 작용하는 압력의 차이 때문에 생기게 되는 저항인 형상저항(압력저항)과 공기와 공의 마찰로 인해 발생하는 마찰저항(점성저항)이다. 즉 골프 공이 갖게 되는 저항은 형상저항과 마찰저항의 합으로 표현 할 수 있다. 공기 중에 운동하는 골프 공의 경우 형상저항이 크기 때문에 형상저항을 줄이는 것이 골프 공의 비거리를 늘리게 되는 것이다 선체를 예를 들면 고속선, 저속선에 따라 총저항에서 차지 하는 각 저항의 크기가 다르기 때문에 배의 선형과 선속에 따라서 줄이고자 노력하는 저항이 달라지게 되는 것이다. 골프 공의 경우 그 줄여야 하는 저항이 형상 저항이라는 것이다. 유체의 흐름에서 하류로 갈수록 압력이 증가 하는 경우 경계층은 급격히 두꺼워 지고 역압력구배와 경계면의 전단력은 경계층내의 운동량을 감소 시킨다. 이 두가지 힘이 상당한 거리에 걸쳐 경계층에 작용하게 되면 경계층은 결국 정지 하게 되는데 이것을 박리하고 한다. 박리는 유체입자가 그의 운동에너지를 전환시켜 주위에 유체에 할 수 있는 유동일을 감소시킨다. 이때 하류에서는 역압력구배 때문에 역류가 유발된다.
위의 그림처럼 당구공의 경우 중간 표면에서 유동 박리가 발생 하게 되는데 이런 박리는 후류를 일으키며 형상 압력을 크게 증가 시킨다. 만약 이런 박리를 피할 수 있다면 경계층은 얇게 유지되며 후류에서의 압력감소를 피할 수 있다. 이로 인하여 압력 저항을 최소화 할 수 있다. 박리를 뒤쪽으로 보낼 수 있으면 좋은 것이다.경계층의 층류 대 난류의 특성도 박리점의 위치에 중요한 영향을 미친다. 일반적으로 유체가 어느 정도 이상의 속도를 가지고 흐르게 되면 유체의 흐름은 층류(larminar flow)를 벗어나 매우 불규칙하게 흐르게 되는데 이것을 난류(turbulence)라고 한다. 난류경계층내에서는 운동량수송이 더 많은 관계로 정돈된 층류유동에서 보다 더 박리를 일으키기 위해서는 더 큰 역압력구배를 필요로 한다. 층류경계층내의 유체 입자가 갖는 운동량이 난류경계층에서의 그것에 비하여 적기 때문에 한 역압력구배에 대하여 박리가 난류경계층에서보다 층류경계층에서 쉽게 일어난다. 만일 박리가 층류경계층으로부터 일어나면 경계층이 먼저 난류로 된 다음 일어나는 것보다 구의 훨씬 뒷 부분에 박리점이 위치하게 된다. 위의 그림에서 알 수 있다.
골프공의 홈은 비교적 빨리 난류로 천이 되도록 한 것이다.
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