풍동 Test Section 내의 속도장 및 2-D Cylinder 주위의 유동 측정 - 실험목적, 실험장비, 기초이론, 실험 방법

소개글

풍동 Test Section 내의 속도장 및 2-D Cylinder 주위의 유동 측정 - 실험목적, 실험장비, 기초이론, 실험 방법에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 풍동 Test Section 내의 속도장 및 2-D Cylinder 주위의 유동 측정

1. 실험 목적

2. 실험장비

3. 기초이론
　3.1 풍동 Test Section내의 속도장 측정
　3.2 Cp 계산

4. 실험 방법

5. 실험 결과 검토 및 과제
　5.1 실험결과 검토



1. 실험목적

2. 실험장비

3. 기초 이론
　3.1 각 압력공의 좌표변환
　3.2 Cp 계산

4. 실험방법

5. 실험결과 검토



번외 실험
SMOKE GENERATOR를 이용한 원형 Cylinder 주변의 유동 관찰

1. 실험목적

2. 실험장비

3. 기초 이론
　3.1 공기역학적 문제
　3.2 유동가시화

4. 실험방법

5. 실험결과 검토

본문내용

상을 관찰한다. 물체에서 반사된 빛이 수정체를 통해 망막에 도달하고, 빛은 망막에 있는 수백만 개의 감각세포를 자극한다. 이러한 자극은 신경을 통해 뇌로 전달되어, 유동영상을 인식하게 된다. 제 2 세대 유동가시화에서 사용되는 디지털 영상처리를 이용한다. 영상입력은 사람의 눈과 거의 유사한 경로를 거친다. 영상입력 장치는 CCD 카메라, coding 장치로 구성되어 있으며 사물의 영상을 또 다른 신호로 변환시킨다. Computer 는 변환된 신호를 분석하고 저장하며 전체 시스템의 제어를 담당한다. 출력장치로는 모니터, 프린터 및 plotter, 또는 외부기억장치 등이 있으며, 컴퓨터로 처리된 영상 결과를 표현하는 역할을 맡는다. 그러므로 PC 와 출력장치는 인간의 뇌와 유사한 역할을 수행한다. 사람과 CCD 카메라의 차이점을 비교하자면 사람의 눈은 가시광선 영역밖에 보지 못하며 1 초당 60 장 이상의 영상을 볼 수 없다. 이에 비해 CCD Camera 는 자외선에서부터 적외선 구간까지 넓은 파장영역의 계측이 가능하며, 초당 100,000 frame 이상의 고속촬영도 가능하다. 그리고 눈의 수정체에 해당하는 카메라 lens 에는 micro zoom, macro lens 등 여러 가지 lens 를 취사선택할 수 있어 micrometer scale 에서 수km 크기의 유동영상도 취득할 수 있다. 또한, 태양광처럼 눈으로 직접 볼 수없는 밝은 빛이나, 눈으로는 구분이 잘 되지 않는 미세한 차이도 CCD 카메라로 촬영이 가능하다. 이 밖에 신경조직을 통해 대뇌로 전달되어 인식된 영상은 시간이 지남에 따라 잊어버리게 되는데 비해, CCD 카메라에서는 자체의 buffer memory, 컴퓨터의 memory 나 외부 기억장치 등에 유동영상을 디지털 값으로 저장하여 원하는 시기에 몇 번이고 반복 활용하는 것이 가능하다. 컴퓨터 및 전자산업과 더불어, 레이저 광학기술이 크게 발달함에 따라 유동 측정기술도 매우 빠른 속도로 발전하고 있다. 즉, analog 측정방식에서digital방식으로, 점 측정(point measurement)에서 2 차원 평면내지 3 차원 volume측정으로 바뀌고 있다. 또한, 유동문제를 해석함에 있어서도 국부적인 유동 계측과 해석이 아니라 유동장 전체에 대한 field 측정으로 병원의 의사들이 X-ray나 MRI 영상을 판독하여 환자의 병을 진단하듯이 주어진 복잡한 유동문제를 진단(diagnosis)하고 해결책을 제시할 수 있게 되었다. 기존의 1 세대 유동가시화에서 컴퓨터, laser, CCD camera 등의 공헌으로 제 2세대 유동가시화기법으로 전환되어 정량적인 유동가시화가 가능하게 되었다. 최근 들어, 유동 속에 seeding 된 입자(particle)들의 변위정보를 담고 있는 유동화상(flow image)을 이용한 속도장 측정기법이 개발되어 정성적인 순간 유동정보 뿐만 아니라 우수한 공간분해능을 갖는 정량적인 속도장(velocity field) 정보를 제공하고 있다. 주어진 유동의 순간적인 속도분포를 짧은 시간 내에 구할 수 있는 이와 같은 정량적 유동가시화 측정기법은 실험 열유체 분야 연구에 새로운 변화를 가져오고 있다. 즉, 기존의 점측정 방식으로는 측정이 불가능 하였던 국부적인 난류 유동의 공간변화를 정확하게 측정하는 것이 가능하게 되었다. 입자 화상처리를 이용한 속도장 측정기술(PIV, Particle Image Velocimetry)은 현재 선진국에서도 활발하게 연구하고 있는 첨단 계측기술로 매우 빠른 속도로 발전하고 있다. 최근에는 연속적인 속도장 측정으로 시간에 따른 유동구조의 evolution을 볼 수 있는 Cinematic PIV, 3 차원 속도장 측정 방법인 Stereoscopic PIV 와Holography PIV 등이 개발되어 유동해석 연구에 활용되고 있다. 그리고 온도에 따라 색깔이 바뀌는 감온성 액정(thermochromic liquid crystal)을 이용한 TLC thermometry 나 PLIF(Planer Laser Induced Fluorescence)를 이용한온도장 측정기법을 PIV 속도장 측정기법과 동시에 사용함으로써 열유동의 온도장과 속도장을 함께 측정하는 것도 가능하게 되어 열유체 분야의 실험적 연구는 획기적인 전환점을 맞고 있다. 또한 연속적으로 측정된 여러 장의 순간속도장과 온도장 결과들을 통계 처리하여 운동량과 에너지 전달과 관련된 난류구조를 정확하게 해석함으로써 주어진 난류 열유동 문제를 진단하고 해결책을 제시하거나 유동제어에 필요한 정보를 제공할 수 있게 되었다.
4. 실험방법
1) 날개를 풍동에 설치한다.
2) 날개를 원하는 AOA 로 맞추어 고정을 한다.
3) Flap을 가지는 날개 실험 때는 동시에 복합적인 각을 만들어 고정한다.
4) Smoke generator를 설치한다.
5) 풍동을 작동시켜 원하는 풍속을 얻고 풍동 내 흐름이 정상상태가 될 때까지 풍동을 유지시킨다.
6) Smoke generator를 작동한다.
7) 한차례의 고정 실험 후 반드시 풍동을 정지시킨 후 AOA 및 Flap각을 조정하고 절대로 풍동이 작동 중에는 날개의 각을 변경하지 않는다. 풍속의 압력에 의해 피칭모멘트가 급격히 발생 날개가 파손되 거나 고정축 에서 빠져나가 인명의 손상이 있을 수 있으니 주의한다.
5. 실험결과 검토
. 각 실험에서의 streamline 및 flow pattern을 sketch한다.
. 박리점의 위치를 추측해 본다.
. 보다 정확한 실험이 되기 위한 개선점 및 발견사례를 생각한다.
<<참고자료>>
1. 『AE3051 Experimental Fluid Dynamics FLOW VISUALIZATION』, H. McMahon, J. Jagoda, N. Komerath, and J. Seitzman, Georgia Tech.
2. 『FLOW VISUALIZATION TECHNIQUES FOR CFD USING VOLUME RENDERING』, R. Crawfis, H. Shen, N. Max, 9TH. INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FLOW VISUALIZATION, 2000.

키워드

실험,   Test Section,   2-D Cylinder,   유동 측정,   SMOKE GENERATOR,   Cylinder