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열유체 공학실험 - 원통 실험
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1. 서론
실제 생활 및 공학적인 문제에서 복합적 형상으로 인해 현상분석 및 문제 해결에 어려움이 있다. 그러므로 단순화를 통한 현상분석 및 응용의 필요성이 대두되고 있다.
2. 실험목적
유체역학적 기본 개념의 응용분야를 확인하고, 적용할 수 있는 능력을 배양함에 있다. 원통(circular cylinder)에 대한 압력측정을 통하여 항력과 양력을 계산하고 결과를 고찰하며, 실험을 통해 포텐셜 유동에 대한 유체역학적 기본개념을 이해한다.
3. 관련이론
① 양력 (Lift)
-유체 속의 물체가 수직 방향으로 받는 힘이다. 이 힘은 높은 압력에서 낮은 압력 쪽으로 생기며, 유체에 닿은 물체를 밀어 내리려는 힘에 대한 반작용이다. 비행기의 날개가 이 힘을 이용하여 비행기를 하늘에 띄운다.
양력의 크기는
인데 여기서 은 양력계수, 는 유체의 밀도, V는 유체에 대한 상대속도, S는 물체의 단면적이다.
-양력의 발생
양력의 발생을 알아보기 위해 비행기의 날개를 가정한다. 날개부분에서 양력이 발생하기 위해서는 윗부분과 아랫부분에 속도차이가 발생하여야 하는데 이는 날개가 공기를 지나갈 때 생기는 출발와류 때문이다.
[ 그림 1.출발와류 ] [ 그림 2. 순환 ]
정지유체에서 날개가 움직이게 되면, (a)가 움직이는 뒷전의 흐름에서 쿠타조건 의해 (b),(c)로 변화하여 후방에 와류가 형성된다. 이 와류로 인해 날개의 위아래에 속도차이가 발생하게 되는 순환현상이 발생하고(그림 1-2) 이 속도차이는 베르누이의 정리에 따라 위와 아래의 압력 차이를 발생시켜 양력을 받아 비행기는 뜨게 되는 것이다.
② 항력 (Drag)
물체가 유체 내에서 운동하거나 흐르는 유체 내에 물체가 정지해 있을 때 유체에 의해서 운동에 방해가 되는 힘을 받는데 이를 항력이라고 한다. 유체에 대한 물체의 상대속도(유체의 흐름을 따라 움직이는 관찰자가 본 물체의 속도)의 반대방향으로 항력이 작용한다.
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2014.04.17
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