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..

#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 ..

#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. ​..

1. 가속도장 유도 ​ ​ 유체는 많은 입자들의 집합체이기 때문에 하나의 입자를 관찰하는 것보다 전체입자에 대한 해석이 더 유용할 때가 많습니다. (특정 입자의 이동을 알아보는 문제의 경우는 반대) 때문에 Field 라는 도구를 이용해 각 점에서의 유체 운동을 편하게 기술할 수 있습니다. ​ 3차원 상에서 전체 입자의 속도를 표현하면 다음과 같습니다. x,y,z가 시간 t에 영향을 받는다고 생각하여 유도합니다. ​ 가속도 a는 속도를 시간에 대해 미분한 것이므로 다음과 같습니다. ​ 연쇄법칙(Chain Rule)을 적용하면 같이 네 개의 항으로 전개됩니다. (미분하는 변수인 t와 관계가 있는 다른 변수들을 거쳐간다는 느낌으로 이해하시면 쉽습니다) ​ ​ ​ ​ ​ 이상의 미분결과를 통해 가속도를 정리한 ..

#유체역학 압력은 유체의 운동을 분석함에 있어서 매우 중요하게 고려되는 성질입니다. 한 유체 내에서 압력분포는 일정하지 않습니다. 그 예로 바다 깊은 곳에서 잠수함에 작용하는 높은 압력을 들 수 있습니다. ​ 유체 중에서도 정지해있는 압축성 유체의 압력분포를 알아봅시다. (i) 비압축성 유체의 압력분포 ​ 비압축성 유체의 압력분포는 아래와 같습니다. ​ 이때 p1과 z1는 기준이 되는 지점의 압력과 높이(z)입니다. ​ ​ (ii) 압축성 유체의 압력분포 먼저 유체가 압축이 용이한 기체라 가정합시다. 이상기체 방정식을 적용해 밀도를 용이하게 표현할 수 있습니다. ​ ​ 다들 아시겠지만 우변은 각각 기체의 밀도, 기체상수, 기체의 온도입니다. ​ 위에서 다룬 아래 압력과 밀도 관계식에서 시작합니다. ​ 이..

체적계수라고도 하고 체적탄성계수라고도 부르는데, 체적탄성계수라는 용어가 더 대중적인 것 같다. ​ 압축성(Compressibility)은 유체역학에서 고려해야 하는 중요한 물성이다. 압축성유체와 비압축성유체로 유체를 구분하는 것이 유체의 분석의 기초가 되며, 압축성유체냐 비압축성유체냐를 가르는 기준이 바로 체적탄성계수다. ​ (i) Definition ​ 체적탄성계수는 위와 같이 정의된다. p는 압력, V는 체적, ρ는 밀도를 의미한다. 첫번째 등식에서는 V가 원래 체적, dp가 미소압력변화, dV가 미소체적변화가 된다.단위가 재료역학, 고체역학에서 등장하는 탄성계수(Modulus of Elasticity)와 동일하다. 단위도 동일하게 파스칼(Pa)을 사용. ​ 체적탄성계수는 양의 값을 갖는데 체적이 줄..

동점성계수에 대해서 알아보자. 점성계수가 유체의 점성 즉 '분자 간의 운동량 전달과 관련된 물성'이라면 동점성계수는 '유체의 운동량 확산과 관련된 물성'이다. 즉 '유체가 확산되는 정도' 라고 이해하면 된다. ​ ​ (i) Definition 동점성계수의 기호는 그리스어 ν [nu]를 사용해 나타낸다. 점성계수를 밀도로 나눈 것으로 정의되며, 밀도가 낮은 기체의 경우 액체보다 동점성계수가 높다. 즉 기체가 액체에 비해 확산이 잘 일어남을 직관적으로 알 수 있다. ​ ​ (ii) Application ​ 섭씨 15도, 대기압에서 물과 공기의 동점성계수를 비교해보자 ​ (1) 물의 밀도와 점성계수 ​ (2) 공기의 밀도와 점성계수 ​ ​ (3) 물과 공기의 동점성계수 ​ ​ 동점성계수가 열 배 정도 차이나는..