SUBORATORY

0. Introduction 1.경계층(Boundary Layer) ​ 경계층(Boundary Layer)을 분석하는 것은 점성력이 지배적인 유동 영역과 그로 인한 손실(에너지, 운동량 등)을 계산하기 위함입니다. ​ 경계층은 "유동속도가 Free stream velocity의 0.99배인 지점"으로 정의됩니다. 벽면에서 유동속도를 0이라 두면(경계조건) 벽면부터 경계층까지는 점차 속도가 증가하게 됩니다. 이때 "경계층 밖에서는 점성에 의한 효과를 무시할 수 있다"라는 해석이 가능해지는 것입니다. ​ 경계층은 물체를 따라 유동하며 점점 성장하게 됩니다. 초기에는 층류 경계층으로 성장하다가 천이구간(Transition)을 지나 난류 경계층으로 성장하게 됩니다. ​ ​ ​ ​ 2. 배제 두께(Boundary..

#유체역학 ​ ​ 0. Introduction 물체가 유체 내부에서 움직일 때, 또는 물체 주위를 유체가 지나갈 때 물체의 운동방향과 반대로 작용하는 항력(Drag)이 발생합니다. ​ 항력은 단순히 물체를 반대 방향으로 미는 것으로 인해 발생하기도 하지만 표면과 유체 입자 사이의 마찰로 인해 항력이 발생합니다. ​ ​ 운송수단의 경우 항력이 연료를 더 많이 소비하게 만드는 주된 이유가 되기 때문에 형상을 조정하거나 표면처리를 하는 등 항력을 줄이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있습니다. ​ ​ ​ ​ ​ ​ 1. Drag Coefficient 항력계수(Drag Coefficient)는 다음과 같이 정의됩니다. 우변의 분자에 위치한 D는 Drag, 분모에 위치한 U는 유체의 속력, A는 유동방향으로 투영한..

​#유체역학 ​ 0. Introduction 수력도약 현상(Hydraulic Jump)은 빠른 속도로 흐르는 유체가 갑자기 솟아오르는 듯한 현상으로, 수도꼭지에서 물을 세게 틀면 물줄기가 거세지며 두꺼워지는 것이 바로 이 수력도약 현상의 일종입니다. ​ ​ 다른 대표적인 예로는 계곡물이 어느지점에서 두꺼워지는 현상입니다 ​ ​ 수력도약 현상에 대한 실험 영상입니다. 1분 남짓한 짧은 영상이지만 좋은 예시이니 꼭 시청해보세요 https://youtu.be/GVMkktBeqms?t=17 ​ ​ 수력도약 현상이 정확히 "왜" 일어나는지에 대한 원인은 불분명합니다. 어떤 임계속도를 넘어선 빠른 유동에서 작은 턱(언덕같은, 방지턱 같이 생각)을 만날 때 주로 발생합니다. 하지만 유동의 폭이 늘어났기 때문에 유속은..

#재료과학 #재휘현상 ​ ​ 금속을 액체 상태에서 고체 상태로 냉각하는 과정(Solidification)은 여러가지 요인들에 의해 조절됩니다. 냉각 속도와 온도 차 등 여러 요인들 중에서 접종 여부(고체 불순물이 잘 분포되어 있는가)는 가장 중요한 요인으로 취급됩니다. ​ 순수한 물과 작은 고체 불순물을 포함한 물 두 가지 중 더 빨리 어는 것은 놀랍게도 후자입니다. 액체가 고체로 변하는 것은 작은 고체입자가 만들어지는 것부터 시작하는데 그것은 보통 고체 벽 또는 이미 존재하는 고체 불순물에서부터 자라기 때문이죠 ​ ​ ​ ​ ​ 재휘현상은 접종이 잘 이뤄지지 않은 상태에서 냉각시 발생하는 현상입니다. 냉각 과정 중 갑자기 열이 방출되며 액상(액체)의 온도가 상승하게 되는데 이 때의 방출되는 열을 "용융..

#유체역학 파이프 유동 문제는 관의 형상(지름, 길이), 관의 재질(거칠기, 마찰), 압력 차이가 주된 관심사입니다. ​ 파이프 유동은 internal flow의 대표적인 예이며 유체의 유동을 유발하는 주된 원인이 두 지점의 압력차이가 됩니다. ​ 때문에 내가 A지점에서 B지점까지 유체를 수송하려 할 때 얼마만큼의 압력차이가 요구되는가?라는 것이 설계의 주된 목적이 되며 관의 형상은 유량에 변화를, 관의 재질과 형상은 유동 중 손실되는 에너지에 변화를 줍니다. ​ 때문에 에너지 방정식을 수립하고 상황을 잘 파악해서 식을 잘 정리한다면 어려울 게 없습니다. 파이프 유동에서 가장 복잡한 축에 속하는 문제는 여러 개의 관이 연결된 유동과 난류유동에서 달시 마찰계수 f를 trial and error로 찾는 문제..

#열역학 ​ Maxwell Relations 맥스웰 관계식은 네 가지 열역학 변수들에 대한 네 개의 관계식입니다. ​ ​ ​ ​ Example (예제 1) 다음 관계식을 이용하여 (∂T/∂v)s 를 유도하여라 ​ ​ ​ ​ 먼저, 유도해야 하는 식에서 s가 일정하다고 하니 ds = 0입니다. ​ ​ ​ 양변을 dv로 나누고 좌우변을 잘 정리하면 다음과 같이 원하는 관계식을 얻습니다. ​ ​ 문제의 요구사항과 어떤 변수가 상수인지를 먼저 확인하고 필요하다면 적절한 맥스웰 관계식을 사용해주어야 합니다. ​ ​ ​ ​ (예제 2) 깁스 관계식 du = Tds - Pdv 와 맥스웰 관계식을 이용해 P,v,T로만 표현된 (∂u/∂P)T 를 유도하여라. 또한 이상기체에서 이 편도함수가 어떤 거동을 보이는지 확인하여..

#유체역학 ​ ​ 유체가 파이프 내부를 지나갈 때 벽면과의 마찰 때문에, 또는 관이 꺾이거나 관의 형상이 바뀌는 지점(갑자기 좁아지는)에서 유체가 가진 에너지의 손실이 발생합니다. ​ 이때의 손실을 Major loss와 minor loss 로 구분하며 이번 게시글에서는 Major loss를 다룹니다. ​ ​ 1. Darcy Friction Factor Major loss는 유체와 파이프의 마찰 때문에 발생하는 손실이며 다음과 같이 수두(head)형태 즉 미터 단위(또는 ft, in) 로 표현됩니다. ​ 위 식을 "Darcy-Weisbach equation" 이라 합니다. ​ f는 darcy friction factor, l은 관의 길이, D는 관의 직경, V는 관을 지나는 유체의 속도(평균속도), g는 ..

#열역학 ​ Maxwell Relations 맥스웰 관계식은 압력(P), 비체적(v), 온도(T), 엔트로피(s) 사이의 관계를 나타내는 4가지 관계식이다. ​ 내부에너지(u)와 엔탈피(h)의 exact differential 에서 (1), (2) 식을 얻고 ​ Helmholtz function(A) 로부터 (3) 식을, ​ Gibbs function(G) 로부터 (4) 식을 얻는다. ​ ​ 이것이 모두 exact differential 이므로 우변에 존재하는 두 개의 미분소의 계수에 대해 다음이 성립한다. ​ ​ ​ 즉 (1),(2),(3),(4) 각각에 대해 이 성질을 적용할 수 있다. ​ ​ 위 네 가지 식이 바로 맥스웰 관계식이다. ​ ​ ​ Applications 맥스웰 관계식은 편미분방정식에서..

#유체역학 ​ Introduction 현실과 유사한 환경에서 실험을 수행하는 것은 시간과 물질적으로 어려움이 있고 무엇보다 비용적인 한계가 가장 크다. 공학은 "가장 경제적인 해결책"을 제시하는 학문이기 때문에 정확성을 최대한으로 유지하며 실험의 스케일을 축소하기 위해, 또한 구성요소들간의 상호작용 등을 최소화하는 간단한 모델이 등장했다. ​ ​ 공학에서 단위계는 힘-길이-시간 FLT system 과 질량-길이-시간 MLT system 두 가지가 있는데 이것은 모두 "차원"을 의미한다. ​ 예를 들어 밀도의 차원은 MLT system에서 다음과 같다. ​ ​ FLT system에서는 다음과 같다. ​ ​ 변수들은 각각의 고유한 차원을 가지고 있다. 각도(라디안), 레이놀즈 수 등 무차원 변수도 있다. ​..

#재료역학 ​ Introduction 부정정보(Statically Indeterminate Beams)는 정역학적으로 부정정(Indeterminate) 상태인 보를 의미합니다. ​ 부정정이란 평형방정식 ΣF = 0 만으로 반력을 확정할 수 없는 구조이며 부정정 문제를 풀기 위해서는 변위에 대한 관계식, 적합방정식 등 추가 관계식이 요구됩니다. 부정정보 문제의 예시는 다음과 같습니다. ​ 2차원 평형방정식에서 얻을 수 있는 식은 ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0 총 세 개인데 그림 (a)에 나타난 반력요소는 그보다 많은 4개이기 때문에 추가적인 관계식이 필요합니다. ​ ​ ​ 아래 그림의 경우 총 여섯 개의 반력이 발생합니다. ​ ​ ​ Analysis by Deflection Curve 이러한..