[공학] 유체역학실험 - 원주의 유체저항 측정

원주의 유체저항 측정

1. 실험 목적

균일한 흐름 안에 놓여진 원주에 대해 그 주위의 압력분포 및 후류(wake)의 속도 분포를 측정하고 후류의 속도 분포로부터 저항계수를 산출하고, 압력분포 및 저항계수가 어떻게 변화하는가를 조사한다.

2. 기초개념

일정한 속도로서 균일하게 흐르고 있는 유체 중에 놓여진 물체를 생각하자. 물체가 유체에서 받는 힘을 전방흐름에 평행한 성분과 수직성분으로 나누면 흐름방향의 성분은 저항 또는항력(drag), 흐름에 수직한 성분은 양력(lift)이라고 불리어진다.
여기서는 저항만을 생각하기로 한다. 저항에는 위 그림에서 보는 바와 같이 유체의 점성에 의한 마찰응력과 물체표면에 작용하는 유체의 압력에 의한 것 두 가지가 있다. 아래 그림에서와 같이 속도 U인 균일 흐름안에 놓여진 물체 표면상에 미소면적인 dA를 생각한다. 유체의 점성 때문에 이 미소면적에 작용하는 마찰응력을 , 압력을 p, 표면에 세운 범선과 전방흐름이 이루는 각을 라고 하자. dA에 작용하는 압력 p에 의한 힘은 pdA이며 이 힘의 흐름방향성분(U방향)은 pdAcos이다. 이 힘을 물체 전표면에 대해 적분한 것이 압력…(생략)