[기계항공공학실험] Velocity field measurement behind the circular cylinder using PIV
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- 목차
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1. 300개의 velocity field 데이터를 Time-averaging하여 이를 vector표시로 plot하라.
<Time-averaging이라 하은 16.7ms> 간격으로 시간 순서대로 받은 데이터를 동일한 Point에 대해서 averaging 하는 것을 의미한다.>
2. 1번에서 구한 속도장으로 Mean recirculation region(Wake bubble)의 길이를 구하라.(Grid보다 작은 값은 Interpolation을 해야 함.) 그리고 이 값의 의미를 설명하라.
3. Re를 계산하라.(D=5mm, T=293K)
(1) 물의 밀도
(2) 실린더 직경
(3) 물의 점성계수
(4)
3.5 Reynolds Number
4. Time-averaging된 velocity field의 데이터를 이용해 vorticity field를 구하여 contour 형식으로 plot하고, 이 결과를 순간 속도장의 vorticity field와 비교 토의 하라
5. Time-averaging된 velocity field의 데이터를 이용해 streamline을 구하여 plot하고, 이 결과를 순간 속도장의 streamline과 비교 토의하라. (matlab-code는 [별첨#5]참조)
6. 3번에서 구한 Re의 값으로 이 유동이 Laminar인지 Turbulent이지 판별하고, 4번, 5번에서 구한 데이터와 다른 논문에서 제시하는 데이터를 비교 토의하라.
7. 실험을 마치며
[별첨#1] 1번 문제 matlab code
[별첨#2] 1번 문제 - 개별 Data를 plot하기 위한 matlab-code
[별첨#3] 2번문제 matlab-code
[별첨#4-1] Time-averaging된 velocity field의 데이터를 이용한vorticity field
[별첨#4-2] 순간 속도장의 vorticity field
[별첨#5]
- 본문내용
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유선(Streamline)은 운동하는 유체의 각 점에서 속도벡터의 방향이 접선방향이 되도록 그은 곡선으로 유동체를 기술한 것이기 때문에 vorticity field에서 보다 명확하게 vortex의 발달 과정과 유동의 상세한 흐름 등을 알 수 있다. 우선 Time-Average된 Streamline을 살펴보면, vortex의 모양이 뚜렷이 나타나지 않았다. 3번에서 구한 Reynolds Number(Re)의 값은 000이다. Re가 300과 3x106 사이에서는 Karman Vortex가 일어나는 영역을 넘어 난류(Turbulent)로 넘어감을 의미한다. 원래대로라면 매우 복잡하고 비선형적인 Streamline이 나타나야 하지만, 본 실험에서는 주어진 영역을 14x14라는 비교적 작은 수의 구역으로 나누어 분석하였기 때문에 전체적인 turbulent flow에서 발생하는 비선형적인 움직임들이 averaged 되어 마치 laminar flow와 같은 모습을 보여준다고 해석할 수 있을 것이다.
Average된 Streamline를 보면 거의 Re가 매우 작은 상황과 비슷한 모양을 나타내고 있지만, 순간 속도장의 Streamline을 보면 위아래로 요동치는 Streamline을 볼 수 있다. 이를 Average 시켰기 때문에 Laminar flow와 비슷한 모양으로 나타난 것으로 생각 할 수 있다.
6. 3번에서 구한 Re의 값으로 이 유동이 Laminar인지 Turbulent이지 판별하고, 4번, 5번에서 구한 데이터와 다른 논문에서 제시하는 데이터를 비교 토의하라.
3번의 답에서 Reynolds number가 203.1456 이 나왔다. Turbulent 와 Laminar 유동을 나눌 때에 보통 Re 값을 2000~3000으로 보고 있으므로 우리 실험의 경우 유량의 흐름이 Laminar라고 판별할 수 있겠다.
다른 논문들에서 Reynolds number가 약 200인 영역에서의 도표들을 살펴보도록 하겠다.
첫 번째, “PIV의 개요와 연구 현황”, 김재민, 서울대학교 공과대학 기계항공공학부 학사 학위 논문에서 발췌한 내용이다.
<그림6-1>
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