Reynolds 실험
1.목적 및 이론
흐르는 유체에 여러 점에서 액체 물감을 주입하였다. 저유량 영역(단위 길이당 압력강하가 유량에 비례)에서는, 도입한 물감이 평탄하고 가늘며 곧은 줄을 이루면서 흘렀다. 즉, 관의 축에 직각인 방향에서의 혼합이 없었다.
이러한 흐름에서는 유체가 축방향으로만 이동하는데,쉘(shell)이나 층에서 이동하는 것처럼 보이므로, 이를 현재 층류라 한다.
층류일때와 달리, 압력강하가 유량의 1.8-2.0승에 비례하는 고유량 영역에서는,물감을 어떤 방법으로 도입해도 관 전체에 빨리 분산되었다. 총괄적 축방향 이동과 동시에 관의 모든 방향에서 빠르고 무질서한 움직임이 겹쳐서 물감이 빨리 혼합되었다. 이러한 흐름을 난류라 한다.
직선과 포물선에 가까운 두 가지 곡선은 근본적으로 다른 두 가지 흐름을 나타내는 것이다.뒤에서 검토하겠지만 이 구분은 아주 중요하므로,주변에서 이러한 두 가지 흐름을 살펴보기 바란다. 가장 쉽게 볼 수 있는 것은 조용한 방에서 올라가는 담배 연기이다.
처음에는 평탄한 층류로 올라가다가 난류로 바뀌어서 상승 방향의 직각인 방향에서 불규칙적인 무질서 운동을 한다. 이러한 현상은 실험실이나 거실에서 쉽게 실현할 수 있지만, Reynols의 관흐름 실험의 경우보다 수학적 해석이 아주 어려우므로, 다시 Reynolds 실험으로 돌아가기로 한다.
Reynolds는 또 층류가 난류로 변하거나 난류가 층류로 변하는 영역에서는 비재현성 영역이 있음을 보였는데, 이를 전이영역이라 한다.
이 영역에서 재현성이 나쁜 이유는, 조건에 따라 층류가 존재하지만 안정한 흐름 형태가 아니,또 어떤 외부 교란이 없으면 난류로 바뀌지도 않기 때문이다 관벽이 거칠거나 장치에 아주 작은 진동이 있으면 난류로 전이한다.따라서 전이영역에서는 흐름이 층류 또는 난류이며 압력강하는 두 배 달라질 수 있다.
어떤 경우에는 흐름이 층류와 난류로 교대로 바뀌어서 압력강하가 높은 값에서 낮은 값으로 왔다갔다한다.
.... |
2011.03.11
5페이지
