유체역학실험 | 광학기기를 사용한 유동장 측정

 

 

 

TIP

 

 

대표적인 광학 계측 장비 중 하나인 PIV를 이용하여 유속 측정을 통해 유동현상을 이해하는 것을 목적으로 한다.

 

 

 

실험 배경

많은 공학적 문제에 있어서 유동 현상을 해석하는 것이 필수적이다. 이를 위해서 유동의 속도계측이 중요하며, 그 측정방법으로 피토관 (Pitot –tube)과 열선(Hot-wire)을 삽입하여 측정하는 방법 및 광학 계측기기를 이용하는 방법 등이 있다. 그러나 대부분의 공학 응용 유동장은 3차원 속도성분 및 박리가 발생하는 복잡한 형태를 보이며, 그로 인해 유동장 내에 센서를 삽입하는 측정은 센서에 의한 유동장 방해가 발생하며 정확한 측정이 어렵게 된다. 따라서 최근의 측정 실험의 경우 대부분 광학 계측 기기를 이용하고 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) Water tunnel의 수중펌프 및 물의 상태를 확인한 후 작동시킨다.

 

2) 레이저 및 카메라의 PIV Hub 와의 연결상태를 확인하고 Hub의 전원을 넣는다.

 

3) 레이저 전원을 넣고 냉각수 수위를 점검한 뒤 5분 정도 예열시킨다.

 

4) S/W를 실행하고 PIV Hub를 초기화(initialize) 시킨다.

 

5) 새로운 Project를 작성한다.

 

6) 새로운 장비 Setup 을 작성한다.

 

7) 카메라 촬영 설정을 Single frame으로 설정하고 장비를 연동(Online) 시킨다.

 

8) 연속촬영(Continuous) 모드를 이용하여 촬영되는 화상을 확인한다.

 

9) 이를 바탕으로 카메라의 적절한 촬영 위치를 정하고 초점을 맞춘다.

 

10) 잘 조정된 상(image)을 견본으로 저장한 뒤 이를 이용하여 측정값의 기준 척도 값을 조정한다.

 

11) 미리 투명한 막대 자 혹은 길이를 알고 있는 물체 등을 준비하여 촬영하도록 한다.

 

12) 유동의 특성에 따라 카메라 촬영 설정을 Single 혹은 Double frame 으로 조정한 뒤 다시 연동(Online) 시킨다.

 

13) 저속유동의 경우 Single frame을 이용하여 촬영하나, 일반적인 경우 Double frame을 이용하여 촬영한다.

 

14) Water tunnel 내의 유동이 측정에 적합한 상태가 되면 측정을 시작한다.

 

15) 유동의 특성(속도)에 따라 촬영 빈도를 적절히 조절하여 유동의 이미지를 얻는다.

 

16) Vector field 를 계산하기 위해서는 적절한 시간 간격으로 촬영된 2장의 이미지를 필요로 한다. 그러므로 하나의 Field를 작성하기 위해 Single frame 의 경우 2회/Double frame 의 경우 1회의 촬영이 필요하다.

 

17) 얻어진 이미지를 이용하여 Vector field를 작성한다.

 

18) 최초로 얻어진 raw Vector 의 경우 노이즈를 포함하는 경우가 많으므로 필터링 과정을 통하여 좀 더 정밀한 데이터를 얻을 수 있다.

 

 

 

[유체역학실험]광학기기를 사용한 유동장 측정 레포트