기계공학실험 | 제트의 유동장 측정

 

 

 

TIP

 

 

1. 유동의 구조를 측정할 수 있는 방법은 여러 가지가 있다. 그중에서 흔히 사용되는 것은 압력측정장치와 온도측정장치이다.
2. 본 실험에서는 압력측정장치 및 온도측정장치를 이용하여 풍동에서 분사되는 유동의 구조를 파악하고 유동장의 측정법 및 측정 장비인 압력측정장치와 온도측정장치의 사용방법, 측정된 자료의 분석 및 취합능력을 함양시켜서 그 응용력을 배양시키고자 한다.

 

 

 

제트 유동의 일반적인 특성

노즐을 통하여 분출되면서 주위의 유체보다 국소적으로 높은 속도를 가지는 유동을 제트(jet)라 하며,여기서는 정지된 공간 내로 분사되는 제트에 대한 실험을 수행한다. 제트가 분사되면 그림에서 보는 바와 같이 중심선상에서의 속도가 최대이고 폭 방향으로 갈수록 속도가 감소되어 속도가 0으로까지 떨어진다.

 

 

이때 제트의 폭은 하류로 갈수록 넓어지고, 최대속도의 크기는 감소된다.또한, 가장자리로부터는 주변의 유체가 유입된다. 이러한 제트가 하류로 갈수록 넓어지는 정도를 나타내는 척도는 분류반폭(jet half width)을 사용하는데, 그것은 제트 하류의 임의의 위치에서 최대속도의 반이 되는 속도 크기를 가지는 거리를 측정하여 연결한 선이다. 그 외에도 제트가 가지는 유동의 특성을 나타내는 것으로는 다음과 같은 것이 있다.

1. 퍼텐셜 코어 (potential core) : 노즐 출구로부터 시작하여 균일속도가 유지되는 구간

 

2. 유입 (entrainment) : 주변의 유체가 제트의 가장자릴 통해 끌려오는 현상

 

3. 자체유사 : 하류방향으로 가면서 속도 및 난류강도 등의 무차원 분포가 변하지 않는 현상

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실험 방법

1. 압력 측정

1) 압력측정 판에 십자가(+)모양으로 세로로 9개, 가로로 9개 총 17개의 구멍을 일정한 간격으로 낸다.

 

 

2) 각 구멍에 연결된 출력 단자를 A/D 변환기에 연결한다.

 

3) 난류 제트 발생 장치와 압력 측정판의 거리를 40㎝만큼 띄우고 장치의 출구의 중심을 5번 구멍에 맞춘다.

 

4) 1초마다 실험 값이 기록되도록 시간을 설정한 후 100초간 난류 유동을 발생시킨다.

 

5) 60, 80, 100㎝도 위와 같은 방법으로 진행한다.

 

2. 온도 측정

1) 온도측정 판에 십자가(+)모양으로 세로로 9개,가로로 9개 총 17개의 구멍을 일정한 간격으로 낸다.

 

2) 각 구멍에 연결된 출력 단자를 A/D 변환기에 연결한다.

 

3) 난류 제트 발생 장치와 온도 측정판의 거리를 40㎝만큼 띄우고 장치의 출구의 중심을 1번 구멍에 맞춘다.(제트 유동은 유선을 따라 상하 대칭이기 때문에, 1번 구멍에 중심을 맞출 경우 더 넓은 범위의 데이터를 얻을 수 있다.)

 

4) 열판을 온도 측정판에 부착하여 일정 온도까지 온도를 높인 후 제거한다.

 

5) 1초마다 실험 값이 기록되도록 시간을 설정한 후 100초간 난류 유동을 발생시킨다.

 

6) 60, 80, 100㎝도 위와 같은 방법으로 진행한다.

 

 

 

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