實驗(실험)보고서 - 레이놀즈 수(물의 레이놀즈 수를 구하고 그 레이놀즈 수로 층류, 난류, 천이 영역을 구분하고 그 영역에 …
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작성일 23-01-28 08:38
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다. 실험 장치를 이용하여 밸브의 유량, 유속의 변화에 따라 레이놀즈 수 값이 어떻게 변화하는지 지켜보고, 유체흐름과의 관계도 지켜본다. 바로 이러한 유동을 층류라고 하며, 이러한 경우의 경계층을 층류 경계층(Laminar Layer)라고 한다.
1)층류
實驗(실험) 장치의 구조와 實驗(실험) 순서에 관련되어 완벽하게 이해한다. 이러한 실험 기법을 Flow Visualization이라고 한다. 일상에서 층류와 난류를 목격 할 수 있는 예는 바람이 전혀 없는 조건에서 공중으로 올라가는 담배 연기의 예이다. 어떤 유동이 층류인지 난류인지를 기술하는 데에 중요한 인자가 되는 것이 무차원 수(Dimensionless Number)인 레이놀즈이다. 유체 동역학(Fluid Dynamics)에서는, 유체가 모멘텀 확산(Diffusion)이 높고, 모멘텀 대류(Convection)가 낮으며, 압력 및 속도가 시간에 무관한 유동을 층류라고 한다. 여기에는 종단 흐름이나 소용돌이가 없다. 내부 유동(Internal Flow)에서는 레이놀즈 수가 약 2,300보다 작은 유동은 층류로 생각한다.
설명
實驗(실험) 장치를 이용하여 밸브의 유량, 유속의 변화에 따라 레이놀즈 수 값이 어떻게 변화하는지 지켜보고, 유체흐름과의 관계도 지켜본다. 유량이 점점 커지면 물감 줄기는 흔들림 현상을 나타내게 되고, 물이 더 이상 층류로 흐르지 않고 교차 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다는 것을 알 수 있는데 유체의 이러한 운동 형태가 난류이다. 이론상의 결과와 실제 실험결과를 비교한다.
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물을 흐르는 과정에서 유리관 속에서 나타나는 층류 운동과 난류 운동 등의 유체의 흐름을 觀察하고 이해한다.
實驗(실험)보고서 - 레이놀즈 수(물의 레이놀즈 수를 구하고 그 레이놀즈 수로 층류, 난류, 천이 영역을 구분하고 그 영역에 해당하는 물의 흐름을 원관 안에서 觀察)
뉴우톤 유체가 표면이 매끄러운 긴 관을 지나갈 때 그 유체의 고유한 물성(점도, 밀도)변수가 일정한 항온 조건에서, 유체의 속도가 낮을 때는 유체가 측면 혼합(와류)이 없이 흘러 간다. 물을 흐르는 과정에서 유리관 속에서 나타나는 층류 운동과 난류 운동 등의 유체의 흐름을 관찰하고 이해한다. 예를 들어, 航空(항공) 기의 날개 주위를 흐르는 공기 유동을 생각해 보자. 날개의 표면에는 경계층(Boundary layer)이라고 부르는 아주 얇은 공기의 층이 형성된다. 날개가 공기 중에서 앞으로 전진 할 때, 경계층은 최초에는 날개의 유선(Stream Line)형상을 따라 흐르게 된다. 다시 말해 인접한 층이 다른 층을 지나서 흐른다. 이러한 상태를 층류라 한다. 층류와 난류의 중간에 애매한 흐름 상태를 전이 영역 흐름 상태라고 한다.
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순서
이론(理論)상의 결과와 실제 實驗(실험)결과를 비교한다. 레이놀즈 수가 1보다 훨씬 작은 경우는 스토크스 유동(Stokes flow)이 된다. 공기는 점성이 있기 때문에, 이 경계층은 날개에 부착되어 있게 된다. 이 용어는 난류(Turbulent flow)와 반대되는 용어이다.
實驗(실험) 목적
층류(Laminar Flow)란 유체가 평행한 층을 이루어 흐르며, 이 층 사이가 붕괴 되지 않음을 의미한다. 이 것은 관 속을 흐르는 물속에 액체 물감(잉크)을 가늘게 흘러 보내면, 육안으로 watch 할 수가 있다. 이런 조건에서 담배 연기는 처음 어느 정도의 높이까지는 수직으로 흐트러짐이 전혀 없이 올라가다(층류) 어느 순간 그 흐름이 흐트러지게 된다(난류).
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실험 목적 실험 장치의 구조와 실험 순서에 대해서 완벽하게 이해한다. 이는 층류의 극단적인 경우로서, 유동에서 관성에 의한 힘(Inertial Force)보다 점성에 의한 힘(Viscous Force)의 效果가 훨씬 큰 경우이다.
