[유체공학실험]비압축성 난류 자유제트의 특성에 관한 실험 예비, 결과 레포트

소개글

[유체공학실험]비압축성 난류 자유제트의 특성에 관한 실험 예비, 결과 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1 Introduction
1-1 실험 목적
1-2 실험 장비
* 실험 장치

2 기본원리 및 배경
* 실험 이론

3-1 제트유동 중심축에서의 정압(static pressure) 변화 측정
3-2 제트유동장 내의 속도분포 측정

4-1 속도분포의 변화
4-2 중심축 상에서의 속도 (Centerline Velocity, Uc)의 변화
4-3 제트경계의 변화
4-5. 제트유동의 상사성(Similarity)
4-6. Similarity Variable의 변경
4-7. 제트유동의 유입 (entrainment) 현상

본문내용

6518
0.881
-0.807
15
0.354778
0.788
-0.682
20
0.473037
0.695
-0.557
25
0.591296
0.63
-0.432
30
0.709555
0.572
-0.307
35
0.827815
0.541
-0.182
40
0.946074
0.529
-0.057
11D
r, 반경방향(mm)
eta _{ 2 }
U/Uc
eta _{ 3 }
0
0
1
-1.22
5.875
0.102459
0.952
-1.095
11.75
0.204918
0.902
-0.97
17.625
0.307377
0.821
-0.845
23.5
0.409836
0.747
-0.72
29.375
0.512295
0.699
-0.595
35.25
0.614754
0.647
-0.47
41.125
0.717213
0.629
-0.345
47
0.819672
0.61
-0.22
CASE~2~~eta=r/(r ~at ~u=0.5{U_c})일~때
.
Case`1
의 경우보다 그래프가 더 많이 겹쳐지기 때문에
Case`2
의 경우가 더 우수한 상사성을 보임을 알 수 있다.
CASE~3~eta=(r-(r~at~u=0.5{U_c}))/B~(여기서~B는~제트경계의 ~두께)일 ~때
Case`1
보다는 많이 겹쳐지고
Case`2
보다는 조금 덜 겹쳐짐을 알 수 있다.
그래프에 나타내본 결과,
Case`1,~~Case`2,~~Case`3
모두 우수한 상사성을 지니고 있고, 가장 우수한 상사성을 보이는 것은
Case`2
이며, 그 다음으로
Case`3,~~Case`1
의 순서이다. 또한 동일한 하나의 유동장에 대하여
S im ilarity ~Variable
에도 여러 종류가 있을 수 있다는 것을 알 수 있다.
4-7. 제트유동의 유입 (entrainment) 현상
유량을 구하는 식은
Q=INT _{A}{u}dA=INT _{0}^{B}u(2 pirdr)
이다. 이 때 적분계산은
u=u(r)
의 정확한 식에 대한 정보가 없기 때문에 구간을 나누어 면적분해야 한다.
따라서,
Q==Average ~Velocity times Area
을 이용하여 0D~11D에 해당하는 축방향 위치에 대하여 알고 있는 반경
r
과 계산
(Q={V_avg}(pi {r^2}))
하면 유량의 증감여부를 알 수 있다.
0D
3D
5D
7D
9D
11D
1
32.582
32.081
29.584
25.62
21.68
18.667
2
32.582
31.7
28.467
24.155
20.919
17.778
3
32.332
30.528
24.98
21.68
19.096
16.841
4
31.7
27.006
20.919
18.667
17.08
15.33
5
30.394
22.233
17.548
16.103
15.063
13.946
6
29.031
17.548
14.792
13.946
13.652
13.045
7
26.704
13.946
12.731
12.731
12.408
12.078
8
23.475
12.078
11.875
11.737
11.737
11.737
9
x
11.387
11.387
11.528
11.458
11.387
평균속도(m/s)
30.76071
22.05633
19.14256
17.35189
15.89922
14.53433
Z(mm)
평균속도(m/s)
r(m)
Q
(m^{ 3 } /s)
0
30.76071
0.015
0.021743
90
22.05633
0.025
0.043308
150
19.14256
0.03
0.054124
210
17.35189
0.035
0.066778
270
15.89922
0.04
0.079918
330
14.53433
0.047
0.100865
주변유체의 제트유동으로의 유입현상으로 인해 유량Q가 증가하고 있음을 알 수 있다.
5. 검토 및 고찰
* 난류제트 유동 실험을 통해, 공기가 난류 유동을 할 때의 속도 분포와 속도장의 형태에 대해 분석해 볼 수 있었다. 또한 각 지점에서의 자료를 서로 상사시킴으로써 속도장의 상사성을 알아볼 수 있었다.
* 이번 실험에서 큰 비중을 차지하고 있는 유입현상에 대해 이해할 수 있었다. 유동의 경계가 형성되면 그 바깥 부분은 자유흐름을 계속 유지할 것이라고 예상했었는데, 자유제트의 흐름이 주변 공기에까지 영향을 미친다는 사실을 유량을 나타낸 그래프의 값이 점점 증가하여 쉽게 알아볼 수 있었다.
* 이송장치의 수평, 수직 방향의 조작은 그리 어렵지 않았으나, 마노미터의 수치를 읽는 작업이 어려웠다. 특정 값이 아닌 범위로서 액정화면의 수치가 진동하였고, 압력차 측정으로 속도분포와 속도장의 형태가 나오는 실험인 만큼 큰 오차의 값이 나서 수치값을 내기가 어려웠다. 그러나 한 지점에서 머무르면서 마노미터를 관찰한 결과 실험조원들 모두 동의 하는 범위를 찾을 수 있었다.
* 압력차 측정시, 대부분의 값들은 우리가 예상했던 경향으로 나타났지만 몇 지점에서 속도가 전도되는 점을 발견했다. 오차의 범위가 크지는 않았지만 수정이 필요했다.
*
Potential ~Core
의 범위를 정함에 있어 난해함을 느꼈다. 정확히 범위를 지정하기 위해서는 데이터가 너무 부족한거 같고, 실험의 수치값에 있어서도 오차의 요인이 많아서 유동의 특성을 파악하기에 조금 어려운 점이 있었다.
* 실험할 때는 이동해가며 압력차 측정만 하면 되는 간단한 실험이라 상당히 쉽게 생각했지만, 측정된 데이터값으로 여러 가지 그래프를 그리면서 당황스러웠다. 실험교재에서 주문하는 여러 사항들을 표나 그래프를 통해 구해가다 보니 많은 부분을 도출할 수 있음을 알았다. 그만큼 압력차 만으로 많은 사실을 알수 있었고 오차가 많았으나 그래프의 모양이 대략적으로나마 유동의 특성을 나타내주어 기뻤다. 특히 상사성에 관한 부분은 상당히 흥미로웠다. 처음엔 여러 가지 무차원수의 식을 보고 이런 값을 계산해서 뭔가 나오기나 할는지 반신반의했는데 그래프를 그렸을때 직접 측정한 자료들이 책에 나오는 내용과 유사하게 그려지는걸 보고 열심히 계산하고 데이터 분석을 한 뿌듯함을 느꼇다. 책으로만 배워왔던 것을 체험을 통해 한 번 더 숙지할 수 있는 좋은 기회였다.

키워드

유체역학,   비압축성,   난류,   자유제트,   전단응력,   공학실험,   제트유동장,   제트경계