고려대학교 기계공학실험II Smoke tunnel 실험 결과 보고서

소개

고려대학교 기계공학실험II Smoke tunnel 실험 결과 보고서

목차

1. 결과 및 고찰
A. 가시화 창을 보며, 여러 가지 모형의 유선을 관찰하고 기록한다.
A-1) 익형에서 영각(Angle of attack)과 Separation point 변화의 관계에 대해서 고찰한다.
A-2) Vortex Shedding 현상에 대하여 고찰한다.
B. 외부 유동의 Curvature effect를 설명한다.
C. 실린더의 외부유동에서 Separation의 발생 원인을 조사한다.
D. 익형에서 Stall 현상을 설명하고, Stall 현상의 발생 원인에 대하여 조사한다.
E. 3차원 익형 주위의 유동을 설명한다.
F. Stream line과 Stream function에 대해서 설명한다.
G. 본 실험에서 배운 이론과 관련된 기기에 대한 설계 개선 방안을 제안하시오.

본문내용

A. 가시화 창을 보며, 여러 가지 모형의 유선을 관찰하고 기록한다.
A-1) 익형에서 영각(Angle of attack)과 Separation point 변화의 관계에 대해서 고찰한다.
Angle of Attack은 익형에서 Leading Edge와 Trailing Edge를 이은 가상선인 Chord Line과 불어오는 바람 간의 각도를 의미하는데 Angle of Attack이 증가할수록 양력계수 역시 증가한다.
유체가 물체 주위에서 유동하게 되면 표면에서의 마찰과 유체의 점성으로 인해 경계층이 형성되는데, 이 마찰력으로 인해 표면과 인접한 유체의 유동 속도는 점점 줄어들고 압력은 증가하여 유동방향으로 압력이 증가하는 역 압력구배가 발생하게 된다. 계속해서 유동방향으로의 압력이 증가하게 되면 경계층 주변의 유동은 역방향이 되어 유동 박리 현상(Separation)이 발생하게 되고, 이 부분을 Separation Point라고 한다.
영각이 커질수록 익형 아래쪽 부분에서는 Separation Point가 뒤로 이동하고, 위쪽 부분에서는 앞당겨지는 것을 실험을 통해 확인할 수 있다.

A-2) Vortex Shedding 현상에 대하여 고찰한다.
원형 실린더에 수직으로 유체가 흐르는 경우 특정 레이놀즈수 영역에서 대칭이었던 두 개의 와류가 번갈아 가며 와동을 발생시킨다. 형성된 와류는 실린더 뒤쪽에서 주기적으로 힘을 가하게 되며, 이러한 현상을 Vortex Shedding이라고 한다.
원통형 굴뚝과 같은 큰 구조물에 Vortex Shedding이 발생하는 경우 와류에 의해 구조적인 진동이 형성되어 큰 사고로 이어질 수 있다. 이를 막기 위해 실린더 주변에 나선형의 띠를 둘러 대칭성을 없애 유동을 안정시킬 수 있다.

Vortex Shedding을 표현하기 위한 무차원수로 (Strouhal Number)가 있는데 이는 다음과 같다.

참고자료

· http://www.aerosente.com/
· https://www.grc.nasa.gov
· http://nfx.co.kr
· Techet, A., 2005. 13.42 Lecture: Vortex induced vibration-MIT opencourseware. Massachusetts Institute of Technology, USA.
· John D. Anderson, Fundamentals of Aerodynamics, Fourth edition
· Robert W. Fox, Fluid Mechanics, Ninth Edition, John Wiley & Sons
· F.M. White, Fluid Mechanics, Seventh Edition, McGraw-Hill
· M.M. Denn, Process Fluid Mechanics, Prentice-Hall