실험보고서
1. 직관에서의 유체의 마찰손실
1. 기계적 에너지 수지식에 대하여 설명하여라.
2. 마찰손실에 대하여 설명하여라
마찰손실이란, 상대 운동을 하는 두 물체 사이에, 마찰이 일어나 줄어드는 운동 에너지를 통틀어 이르는 말인데, 유체가 관내를 흐를 때 관 내면에 닿는 유체의 분자는 상호간, 혹은 유체와 관 벽과의 마찰로 인해 유체가 갖고 있는 에너지의 일부가 소모된다. 이를 마찰손실이라 한다. 어떤 관을 지나는 유체 유동에서 관을 따라 두 위치에서 압력이 축정된다면 유동 방향으로 압력이 감소되는 것을 알 수 있다. 이런 압력감소는 관 벽에 대한 유체의 마찰에 의하여 야기된다. 이러한 마찰의 손실의 예측은 유체역학에서 중요한 문제 중의 하나이다. 그것은 매우 복잡한 문제이다. 관에서의 마찰 문제는 일반적으로 실험적으로 해결되어야 한다. 이러한 질문에 접근하기 위하여 다음의 실험상황을 고려한다. 큰 유체 탱크가 일정한 지름의 긴 관에 연결되어 있으며 탱크에 압력이 작용하여 정상유동을 일으킨다. 관 입구 근처에서 유동은 오랫동안 점성의 영향을 받지 않았으므로 속도분포는 벽 전단으로 인하여 감속되는 벽 근처 영역을 제외하고는 관을 가로질러 비교적 일정하다.
하류로 갈수록 이 영역은 성장하고 속도분포도 역시 변한다. 그러나 결국 속도분포는 더 이상 거리에 따라 변화하지 않으며 u*=u*로 표현되는 평형분포가 확립된다.
함수 u*는 이전의 논의에 따르면 관 유동을 특성 짓는 적절한 Reynolds 수에 여전히 의존한다. 속도분포와 유사하게 압력구배도 입구영역에서 변한다. 속도분포가 거리에 무관해지면 압력구배 도 역시 상수가 될 것이다.
물론 이 구배도 특성 Reynold 수에 의존한다. 즉
(1)
이다.
완전히 발달된 유동에 있어서 이식은 에 관하여 적분되어
(2)
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2012.02.29
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