유동가시화 실험 : 차원에 따른 유동가시화 실험

소개글

유동가시화 실험 : 차원에 따른 유동가시화 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목
2. 실험목적
3. 실험 원리 및 이론
　2차원 유동 가시화 실험
　3차원유동 가시화실험
4. 실험재료 및 기구
5. 실험방법
　◈ 2차원 유동가시화 실험
　◈ 3차원 유동가시화 실험
6. 실험결과
　◈ 2차원 유동가시화 실험
　◈ 3차원 유동가시화 실험
7. 결과에 대한 해석 및 고찰
8. 참고문헌

본문내용

시화 실험
3차원 유동가시화 실험
재료 및 기구
유동가시화 장치
여러 가지 모형(원형, 직사각형, 마름모, 물방울)
잉크(검은색)
PT병
회류수조 장치
모형선(구상선수유무에 따라 2척)
Tuft실
테이프
추
나사
전동드릴
수평자
4. 실험재료 및 기구
5.실험방법
◈ 2차원 유동가시화 실험
ⅰ. 유동가시화 장치의 전원을 연결하고, 수도관과 연결된 벨브를 열어 물공급이 원활하게 한다.
ⅱ. 평상위에 각 모형을 올려두고, 수도관을 열어 물공급이 되면 유리판을 덮어 기포가 발생하지 않도록 한다.
ⅲ. 준비한 PT병에 물과 잉크를 섞은 후 장치의 색소통에 넣어 흘려보낸다.
ⅳ. 각 유선에서 검은잉크가 잘 나오는지 확인하고, 모형에 따른 유동현상을 관찰한다.
ⅴ. 관찰 후 조원들과 토의 및 고찰
◈ 3차원 유동가시화 실험
ⅰ. 회류수조장치의 전원을 연결하여 작동여부를 확인한다.
ⅱ. 각 모형선을 10등분 하여 3cm로 자른 tuft실을 테이프를 이용해 각 등분마다 붙인다.(여기서 tuft실 간의 간격은 2~3cm로 한다)
ⅲ. 준비된 모형선을 수조에 띄우고 모형선 안에 추를 넣어 만재흘수선을 맞춰준다. (동시에 수평자를 이용하여 배의 수평도 맞춰준다.)
ⅳ. 흘수선에 맞춰진 모형선을 수조 중앙에 위치하고 위에 설치된 고정핀으로 선수와 중앙, 선미를 차례대로 고정시킨다.
ⅴ. 프로펠러를 가동시켜 물을 흐르게 해 모형선에 붙어있는 tuft실을 관찰한다.
ⅵ. 역순으로 해체 한 뒤 다음 모형선을 실험한다.
6. 실험결과
◈ 2차원 유동가시화 실험
▶ 각각 다른 도형에 따른 유동의 흐름 및 방향과 현상들을 관찰하였다.
ⅰ. 원형
ⅱ. 직사각형
ⅲ. 마름모
ⅳ. 물방울
※주의사항
※먼저 실험할 때 주의사항으로 유리판 사이에 기포가 생길 수 있는데 유선의 흐름을 방해할 수 있기 때문에 제거하고 실험에 임해야 한다.
ⅰ. 원형
- 원형에 유선을 흘렸을 때 처음 원형과 만나는 부분에서 유류가 변하게 되는데 그 부분을 정체점이라고 한다. 또 원형 옆부분에 마찬가지로 박리점이 생기는걸 관찰 할 수 있다. 원형 뒷 부분에서 회오리치는 모양을 띄는 것을 관찰할 수 있는데 이러한 현상을 와류현상이라 한다. 방향이 변하거나 장애물이 있을 때에 유속이 급속하게 변하는 것 때문에 생긴다.
ⅱ. 직사각형
- 직사각형은 유선을 흘렸을 때 유선과 부딧치는 모서리부분에서 저항이 많이 생기는 것을 보였는데, 마찬가지로 와류현상이 일어나는 것을 관찰할 수 있었다.
ⅲ. 마름모
- 마름모도 직사각형에서 관찰했듯이 각 모서리 부분에서 강한 저항을 받아 유속의 흐름에 방해를 하는 모습을 관찰했다.
ⅳ. 물방울
- 물방울 모형은 가장 안정적인 유선의 흐름을 관찰할 수 있었는데, 직사각형이나 마름모와 다르게 유선이 흐르는 방향으로부터 각지거나 모난 부분이 없고, 저항을 최소화 하여 유속의 흐름 또한 안정한 모습을 관찰할 수 있었다.
※와류현상이란?
- 유체가 흐르면서 유동의 흐름을 방해하는 장애물 등에 의해 유속이 급변하게 변하면서 소용돌이가 생기는 현상이며 선체에 부딪치는 바닷물이나 비행기에 부딪치는 기체등에 나타난다.
→
◈ 3차원 유동가시화 실험
▶ 물에 흐름에 따른 tuft실의 모양 관찰 및 구상선수에 따른 유동의 흐름 및 현상을 관찰하였다.
※구상선수 유,무에 따른 유선의 흐름 관찰
ⅰ. 구상선수가 없는 모형선
- 선수부분(수면 위)
- 선수부분(수면아래)
- 중간부분(수면 위)
- 중간부분(수면아래)
- 선미부분(수면 위)
- 선미부분(수면아래)
ⅱ. 구상선수가 있는 모형선
- 선수부분(수면 위)
- 선수부분(수면아래)
- 중간부분
- 선미부분(수면 위)
- 선미부분(수면아래)
▶ 구상선수에 따른 유동의 흐름을 알기 위한 실험으로 구상선수가 없을 때에는 물의 저항을 받기 때문에 파형이 크게 일어나는 것을 관찰할 수 있었고, 구상선수가 있을 때에는 구상선수에서 생성되는 파도와 선수에서 만들어지는 파도가 서로 상쇄되어 파형이 작게 일어나는 것을 관찰할 수 있었다.
7. 결과에 대한 해석 및 고찰
▶ 선박해양공학과에 들어와 전공을 배우면서 유동가시화 실험을 하게 되었는데, 첫 실험이라 많이 기대했었다. 역시나 실험실에 들어와 많은 실험 장비들을 보고나니 실험 또한 재미있고 흥미로울거라 생각했었다. 그러나 막상 실험을 하는데 2차원 유동가시화장비를 이용해 검은잉크를 흘려보내는데 처음에는 장비 내에서 공기가 유입되 물의 흐름을 방해하여 관찰하기 힘들었고, 공기방울을 제거하느라 시간도 많이 걸려 다음 실험하는데에 지장이 있었다. 실험을 진행한 결과 직사각형과 마름모 모형은 물의 저항을 많이 받았지만 원형이나 물방울 모형같은 경우에는 가장 유동이 원활하게 형성되었으며 선체에 적합한 모형은 물방울에 가장 가깝다는 것을 알게 되었다. 책에서만 보았던 유선형의 모양이 물의 저항을 적게받기 적합하다는 내용을 직접 실험에 임해보니 확실히 그런것을 알수 있었고, 생활에서 쓰이는 많은 실례들도 찾아 볼 수 있었다.
3차원 유동가시화 실험은 회류수조에서 직접 모형선을 띄어 물을 흘려 tuft실을 관찰하는 실험을 하게 되었는데 일단 모형선에 tuft실을 사용할때에 실을 최대한 적게 구속하기 위해 핀을 꽂아 고정하는데 이번 실험에서는 테이프를 사용해 고정하게 되어 tuft실이 유동의 흐름에 따라 자유롭게 움직이지 않아서 구상선수의 유무에 따른 조파저항 차이가 확연히 들어 나지 않았다. 또한 수조가 모형선에 비해 작아 선박이 작은 수로를 출입할 때 일어나는 현상인 측벽효과가 일어나는 조건과 비슷하여 모형선을 고정시켰지만 유동을 확인할 수 있는 완벽한 조건이 아니였기 때문에 아무래도 실험을 하는데 있어서 아쉬운 점이었던 것 같다. 실험보고서를 작성하면서 구상선수로 인해 선체가 안정적으로 하며, 더 나아가 선박의 에너지를 절감시켜 유지비를 낮추는 효과를 주는것도 알게 되었다.
이번 유동가시화 현상에 대한 두가지 실험을 하면서 선체에 미치는 많은 영향들과 그것들에 대한 해결법들을 알게 되어 아주 흥미로운 경험이였다고 생각한다.
8. 참고문헌
1. 조선해양공학개론, 대한조선학회 저, 1993. 3. 1
2. 기본조선학, 미국조선학회저, 임상전 역

키워드

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