유체공학실험:외부유동 (풍동실험)

1. 실험 목적

유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 예들 들어 자동차나 항공기가 공기 중을 운동할 때 그 주위의 유동정보를 해석적으로 상세히 구할 수가 없다. 이때 실험적인 방법으로 물체 주위의 유동정보를 구하고자 할 때 풍동실험을 수행한다. 본 실험에서는 원통주위의 압력과 속도분포를 구하고, 항력을 추에 의한 측정법을 적용하여, 원기둥의 각도 변환에 따른 항력을 측정한다.

2. 실험 관련 이론

가. 추에 의한 항력 측정법
< 그림1 원주 주위의 유동의 개략도 >
위 그림1에서 곡선의 표면 위의 한점 A에서 유체의 영향은 표면에 수직으로 작용하는 압력 P와 표면에 작용하는 전단력 τ의 두 성분으로 분해할 수 있다. 유선에 접근하는 전압 와 절대압력 와의 관계에서 이고, 상류 속도를 U, 유체의 밀도를 ρ라 하면 교란되지 않은 유선에서의 동압은 0.5ρU2이다.
전압은 게이지 압력에 의해서 유용한 수치이며, 전단력 τ는 무차원화되며, 다음과 같은 무차원의 항들이 정의된다.
압력계수:
표면마찰계수:
압력…(생략)