[기계공학실험A+보고서]속도실험B

목차

Ⅰ. Introduction
Ⅱ. 배경 지식
Ⅲ. 실험 과정
Ⅳ. 실험 논의
Ⅴ. Discussion
Ⅵ. 참고 문헌

본문내용

이번 실험에서 레이놀즈를 일정하게 유지한 이유는 ‘동역학적 상사’ 조건을 만족시키기 위해서이다. 일반적으로 우리는 어떤 큰 구조물이나 설비를 제작하기 전, 주변 환경이나 내부의 역학적 상태를 추정하기 위해 모형을 만들어 실험하곤 한다. 그 이유는 실제 제품으로 테스트하기에는 물리적, 경제적 문제가 뒤따르기 때문이다. 예를 들어, 새로운 비행기를 출시하기 전에 비행기의 항력계수를 구하기 위해 시험비행을 하기에는 위험할 뿐만 아니라 실험에 드는 비용이 비행기 개발비용보다 더 커지는 경우가 생길 수 있다. 이런 문제들을 해결하기 위해 공학자들은 상사 법칙을 사용해 실험실 안에서 모형으로 실험을 하고 있다. 그 크기가 다르더라도 특정 조건을 만족시키는 환경에서의 데이터들은 실제 모형에서 구한 값과 일치하는데, 이런 경우를 ‘동역학적 상사’ 조건을 만족시킨다고 한다.

- 기하학적 상사(Geometry Similarity)
모형과 원형이 이들 사이에 물체의 모든 크기가 좌표축의 세 방향에 대해 같은 선형 축적비를 가질 때를 지칭한다. 기하학적 상사의 경우 모든 각은 보존되어 있고, 유동의 방향도 보존되어 있다. 따라서 모형과 원형 주변에서의 유동이 갖는 방향은 같아야 한다.

- 운동학적 상사(Kinematic Similarity)
모형과 원형 사이에서 길이의 축적비가 같고, 시간의 축적비도 같다는 것을 의미한다. 이로 인해 속도의 축적비 역시 같게 된다.

- 역학적 상사 (Dynamic Similarity)
모형과 원형 사이에 길이의 축적비, 시간의 축적비, 그리고 힘의 축적비가 각각 같을 때 성립한다. 즉 기하학적, 운동학적 상사 조건이 성립한 상태에서 다음과 같은 조건을 만족시킬 때를 의미한다.
1) 압축성 유동 : 레이놀즈 수, 마하 수 및 비열비가 각각 같은 경우
2) 비압축성 유동
가) 자유표면이 있는 경우 : 레이놀즈 수가 같은 경우
나) 자유표면이 없는 경우 : 레이놀즈 수, 프루드 수, 웨버 수가 각각 같은 경우

참고 자료

서울대학교 기계항공공학부, 기계공학실험 2 (2019년도 1학기 개정판), pp 11~43
Frank M White, 「Fluid Mechanics」 (7th edition), McGraw-Hill, pp 293~344