[기계항공공학실험] 속도실험
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- 목차
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목 차
1. 300개의 velocity field 데이터를 Time-averaging하여 이를 vector표시로 plot하라.
2.1번에서 구한 속도장으로 Mean recirculation region(Wake bubble)의 길이를 구하라.
3. Re를 계산하라.(D=5mm, T=293K)
3.1 Reynolds Number의 정의
3.2 Free stream velocity 선택의 기준
3.2.1 cylinder후류의 wake와 secondary vortex
3.2.2 실험장치의 아랫면과 윗면에서의 boundary layer
3.3 Free stream velocity 의 선정
4. Time-averaging된 velocity field의 데이터를 이용해 vorticity field를 구하여 contour 형식으로 plot하고, 이 결과를 순간 속도장의 vorticity field와 비교 토의하라.
4.1 vorticity 식
4.2 Time-averaging된 velocity field의 데이터를 이용한 vorticity field의 plot
4.3 순간 속도장의 데이터를 이용한 vorticity field의 plot
4.4 두 종류 plot의 비교
5. Time averaging한 velocity field의 데이터를 이용해 streamline을 구하여 plot하고, 이 결과를 순간 속도장의 streamline과 비교 토의하라.
5.1 Time-averaged streamline의 plot
5.2 순간 속도장의 streamline의 plot
- 본문내용
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2.1번에서 구한 속도장으로 Mean recirculation region(Wake bubble)의 길이를 구하라.
(Grid보다 작은 값은 Interpolation을 해야 함.) 그리고 이 값의 의미를 설명하라.
Mean recirculation region, Wake bubble은 실린더 후방의 위, 아래 와류가 생기는 영역을 말하는데, 이 길이는 실린더의 중심선 상에서 x방향의 속도가 0인 지점과 실린더 중심사이의 거리를 의미한다. 하지만 <그림 1>에서 확인할 수 있듯이, 실린더의 중심이 y=0인 직선위에 있다고 볼 수 없다(y=0보다 약간 위의 직선을 기준으로 대칭 형태를 보인다). x방향의 속도가 0이 되는 부분이 넓게 분포하고 있기 때문이다. 따라서 여기서는 x축 방향 속도 값이 0이 되는 몇 가지의 y값을 기준으로 wake bubble length를 구하여보았다.
여기서 y값은 <그림 1>을 통하여, 속도벡터가 0에 가까운 지점을 실린더의 위치로 추정하였다. (y=2.2mm, y=1.4mm, y=0.6mm를 설정하였고, 이 값들은 29개의 y 값 중에서 각각 20, 19, 18번째 y값이다)
wake bubble length를 구하려면 u의 속도가 음에서 양으로 전환되는 지점을 찾아 실린더 원점과의 거리를 구하면 된다. y=0.6mm, y=1.4mm, y=2.2mm의 경우 중 y=1.4mm의 경우가 x절편의 크기가 가장 크다. 따라서 이 값을 기준으로 wake bubble length를 구할 수 있다. 위 그래프는 연속적인 선이 아니라 실험값에서 나온 29개의 점들을 이어서 구한 그래프이므로 ‘average u=0’이 되는 값을 정확하게 찾을 수 없다. 따라서 interpolation을 해야 한다. y=1.4mm의 그래프에서 average u값이 음수인 x값 중에서 가장 큰 값과 바로 그 다음 x 값을 구해보았다. 즉, (x, u) → (9.7330, -1.742e-004)와 (10.5275, 0.0011) 두 점을 얻을 수 있다. 이 두 점을 이용하여 직선을 구하면 다음과 같다.
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실린더의 원점으로부터 이 절편까지의 거리를 구해야 하는데, 위 그래프에서 x좌표는 -0.5989부터 시작한다. (데이터로부터 확인)
따라서, Wake bubble length는 (9.8416+0.5989)=10.4405mm가 된다.
※ Mean recirculation region(wake bubble) length의 의미www.uh.edu/engines/epi1653.htm('10. 4. 24)
보통 유체는 물체를 만나면 경계층을 따라 흐르게 되지만 점성유동의 경우는 유동이 진행하면서 실린더 주변과 후방에는 국소압력구배가 음의 값을 가지게 된다. 이때 박리현상이 일어나게 된다. 이러한 박리로 인해 원래 유체의 흐름과 반대방향의 흐름을 가지는 부분이 생성되는데, 이로 인해 wake bubble이 생기게 된다.
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