유동의 가시화 실험

소개글

유 체 공 학 실 험 보 고

제목 :눈으로 확인하는 유동의 흐름
1. 실험 목적
유체의 유동의 여러 특징과 흐름을 파악하기 위해선 유체의 흐름을 가시화 하는 것이 필요한데 이번실험은 수소기포가시화 장치를 이용하여 platinum 와이어에 의해 생성된 작은 수소 기포를 통해 물체 주위의 유동현상을 가시화하여 유동현상에 대한 이해를 한다.

2. 실험 관련 이론


그림 2 유선 (2)
■유선 : 운동하는 유체의 각 점에서 속도벡터의 방향이 접선방향이 되도록 그은 곡선. 유동체를 오일러(Euler)방법으로 기술한 것이다. 정상흐름(steady flow)에서는 유선이 변화하지 않는다.

그림 1 유선 (1)

가시화 방법
-작은 물방울을 형광염로로 염색하고 레이저를 사용 형광을 발하게함
-노출 시간을 짧게 사진을 찍으면 짧은 선을 볼수 있는데, 이선의 방샹은 그 지점의 순간 속도의 방향과 접함
-많은 물방울을 사용하여 유선을 가시화

■유적선 : 유선과 달리 라그랑주(Lagrange)방법에 따라 그리는 것을 유적선(pathline)이라고 한다. 이것은 유체 입자를 따라가면서 그 궤적을 표현한 것이다.
가시화 방법
- 노출시간을 길게 하여 형광 염로로 염색된 물방울의 사진을 찍으면 물방울이 움직이는 경로를 추적할수 있다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 관련 이론
3. 실험장치 및 방법
4. 실험 결과 및 토의
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
유체의 유동의 여러 특징과 흐름을 파악하기 위해선 유체의 흐름을 가시화 하는 것이 필요한데 이번실험은 수소기포가시화 장치를 이용하여 platinum 와이어에 의해 생성된 작은 수소 기포를 통해 물체 주위의 유동현상을 가시화하여 유동현상에 대한 이해를 한다.

2. 실험 관련 이론
그림 2 유선 (2)
■유선 : 운동하는 유체의 각 점에서 속도벡터의 방향이 접선방향이 되도록 그은 곡선. 유동체를 오일러(Euler)방법으로 기술한 것이다. 정상흐름(steady flow)에서는 유선이 변화하지 않는다.

그림 1 유선 (1)

가시화 방법
-작은 물방울을 형광염로로 염색하고 레이저를 사용 형광을 발하게함
-노출 시간을 짧게 사진을 찍으면 짧은 선을 볼수 있는데, 이선의 방샹은 그 지점의 순간 속도의 방향과 접함
-많은 물방울을 사용하여 유선을 가시화

■유적선 : 유선과 달리 라그랑주(Lagrange)방법에 따라 그리는 것을 유적선(pathline)이라고 한다. 이것은 유체 입자를 따라가면서 그 궤적을 표현한 것이다.
가시화 방법
- 노출시간을 길게 하여 형광 염로로 염색된 물방울의 사진을 찍으면 물방울이 움직이는 경로를 추적할수 있다.

그림 유적선
■유맥선 : 연통에서 분출되는 연기나 흐르는 유체에 물감을 흘렸을 때 물감이 그리는 궤적,즉 공기가 흘러가는 자취를 나타내는 선을 유맥선(streakline)이라한다
가시화 방법
-한점에서 염료를 연속적으로 방출하면, 염료는 하류로 흐르면서 유맥선을 나타낸다.

그림 유맥선

■시간선 : 통일한 시간에 특징 지어진 유체 입자들로 이루어진선
가시화 방법
-가는 선을 음극에 연결하고 음극과 양극 사이에 전류를 주기적으로 흘려 작은 수소 기포를 발생시킨다. (유체가 물인 경우)
-기름을 칠한 가는 선에 전류를 주기적으로 공급하여 연기를 발생기킨다(유체가 공기인 경우)
■정상유동: 속도 압력 등의 성질이 시간에 따라 변하지 않는 유동 = 0
■비 정상 유동 : 속도, 압력 등의 성질이 시간에 따라 변하는 유동 0
※스테판 제이 크라인 은 물의 흐름을 가시화하는 기술을 개발하고 벽면 근방 유동을 관찰하여 버스팅 현상을 발견하므로써 난류의 발생 메커니즘 규명에 크게 공헌하였다.
※ 버스팅(bursting) 현상 : 수소기포를 사용 유체의 운동을 가시화 할 때 평판의 벽면 근처에서 감속된 유동이 간헐적으로 외층을 향해 방출되면 이어서 고속의 유동이 벽면을 향해 유입된다.

그림 버스팅 현상


※박리점 : 경계면이 흐름 방향에서 구부러져서 유선이 경계면으로부터 분리되는 현상

참고 자료

[유체역학] 김영득, 김성도, 이재우, 조일영 공저 대영사 (2004) p80
[유체역학] 김재원, 임효재, 장영철, 주영철, 하대홍 공저 문운당 (2005) p52
[essential 유체역학] 노병준, 박종호 공저 동명사 (2006) p119
[공학도를 위한 기본 유체역학] 유상신, 유정열, 박재형, 장근식, 서상호, 이병권, 이계한, 신세현공저 사이텍미디어 (2004) p44
http://blog.daum.net/pee20/7064809
http://blog.naver.com/qskyq22?Redirect=Log&logNo=40038161421