유체역학실험 | 유동 가시화

 

 

 

TIP

 

 

1. 어떤 물체 주위에 대한 유동의 가시화는 유동 현상을 이해하는데 있어 유익하다. 이와 같은 전체적인 성질의 계측에는 먼저 유선, 유적선, 시간선 등의 개념을 이해하여야 한다. 
2. 본 실험에서는 Smoke flow wind tunnel을 이용하여 간단한 몇 가지 형상에 대해 가시화를 수행하여 유동 현상을 이해한다.

 

 

 

유체의 유동특성

1. 유선(Streamline)

유선이란 유체 속도장(fluid velocity field)에 속한 순간 속도 벡터에 접하는 curve를 말한다. 따라서 유선은 각 점에서의 유동(fluid motions) 방향을 나타낸다. Steady flow에서 유선은 시간에 따라 변하지 않고 유체 입자(fluid particles)들은 유선을 따라 움직인다. 그러나 non-steady flow에서의 유선은 시간에 따라 변하고 유체 입자들은 유선을 따라 움직이지 않는다.

 

2. 유적선(Pathline)

일정 시간동안 flow 내에서 움직이는 유체 입자(fluid particle)의 궤도를 그리는 curve를 유적선이라 한다. 각각의 유체 입자는 각자의 유적선을 갖는다. Steady flow에서 유체 입자는 유선을 따라 움직이기 때문에 유선과 유적선은 일치한다. 그러나 non-steady flow에서 유적선과 유선은 다른 형태를 띤다.

 

3. 유맥선(Streakline)

유맥선은 흐르는 유체에 물감이나 연기 등의 marker를 흘렸을 때 그려지는 curve로 유체 흐름을 시각화하기 위해 쓰인다. Steady flow에서는 유선, 유맥선, 시간선이 일치한다. 그러나 non-steady flow에서 유선, 유맥선, 시간선은 서로 다른 형태를 띤다.

 

4. 시간선(timeline)

관찰이 시작되기 전에 흘려진 marker를 특정 시간에 관찰했을 때 나타나는 curve를 시간선이라 한다. 시간선 역시 유맥선처럼 유체의 흐름을 시각화 하는데 쓰인다. 시간선은 흔히 velocity profile을 근사적으로 나타내기 위해 쓰이며 유선, 유적선, 유맥선과 아주 다르다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 시편을 장착한다.

 

2) 전원을 넣고 히터를 가동하여 150～170℃로 설정한다. 가열시간 약 20분 소요.

 

3) 램프를 키고 팬을 작동시킨다.

 

4) 압축기를 작동시킨다.

 

5) 파라핀을 주입시키면서 압축기밸브와 팬 유속을 조정하여 유선이 형성되도록 한다.

 

6) 최상의 유선상태를 찾으면 관찰 및 촬영을 한다.

 

7) 여러 가지 시편으로 반복실험을 한다. 시편 교환 시 파라핀 주입을 일시적으로 막는다.

 

2. 실험 종료

1) 히터를 끄고 내부의 남은 파라핀을 잠열로 태운다.

 

2) 막힌 노즐이 있나 확인하고 청소한다.

 

3) 팬과 압축기를 끄고 전원을 내린다.

 

 

 

[유체역학실험]유동 가시화 레포트