보고서 설명

실험목적
본 실험 장치는 유체역학의 흐름가시화 현상을 확인할 수 있는 장치로서, 비행기 날개, 자동차, 노즐 등을 설치하여 Smoke를 발생시켜, 모델링을 할 수 있다. 또, 주위에서의 흐름 현상을 볼 수 있고, Boundary Layer의 현상을 확인 할수 있다.

본문일부 및 목차

유동가시화:
유동 가시화는 유동정보를 가장 손쉽게 얻을 수 있는 방법이다. 유동가시화는 전달현상 과정을 가시화하는 것으로, 속도, 압력, 밀도 및 온도 등과 같이 우리 눈에는 보이지 않는 유동정보의 공간분포를 시간과 공간의 어떤 범위 안에서 눈에 보이도록 하는 방법을 말한다.
예를 들면 단층기법을 이용한 유동가시화 (Tomography)가 있다. 이 방법은 레이저나 Zenon과 같은 광원으로 평행광선을 만들어 측정하고자 하는 유동을 통과시키게 되면 유동의 밀도분포 등에 의하여 광파는 변형되거나 강도가 감쇄되어 맞은편에 위치한 영상입력장치에 도달하게 된다. 대상물체에 대하여 여러 각도에서 이와 같은 2차원 평면측정을 반복하여 유동정보를 수집하게 되면 유동장 전체 체적에 대한 밀도분포를 알게 되고 이를 이용하여 속도, 압력, 온도 등의 유동정보를 알아낸다. 이와 같은 방법 외에도 여러 가지 유동가시화 방법이 있는데 이러한 방법들을 이용하면 손쉽게 유동정보를 얻을 수 있다.

◈ 포텐셜 유동 (Potential Flow)
벡터 값인 속도를 스칼라 값인 포텐셜함수로 나타낼 수 있는 것이 포텐셜 유동이다. 유체가 비회전유동 (irrotational flow)이면 이다. 여기에서 필요충분조건으로 이면 에서 을 만족한다. 이때 를 속도포텐셜(velocity potential)이라 한다. 연속방정식 (continuity equation)은 이다. 따라서 를 대입하면 즉 Laplace 방정식이 된다. Laplace 방정식을 풀어서 값을 알면 속도를 알 수 있다.

◈ 균일유동(Uniform Flow)
가장 간단한 평면유동으로 모든 유선이 직선이면서 서로 평행하며 속도가 일정한 유동이다. 예로써 x축의 양의방향으로 흐르는 균일유동이 있다. 이때 u=U, v=0 이며 속도포텐셜로 표현하면 이므로, 위의 두식을 적분하면 이다. 여기서 C는 임의의 상수로, 영으로 놓을 수 있다. 따 라서 축의 양의 방향으로 흐르는 균일유동의 속도포텐셜은 이다. 이 결과를 일반화하면, 축 에 대하여 의 각도를 가지는 균일유동에 대한 속도포텐셜은 이다.

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