경계층

1. 실험 개요 고체표면의 길이방향에 수직한 방향으로 유체가 흘러갈 때 유체의 점성에 의해 경계층이 형성되게 된다. 이 실험에서는 매끄러운 표면과 거친표면, 압력구배 영향의 유무 의 경우로 나누어 경계층의 두께를 측정하고, 유동속도에 따른 레이놀즈수를 이해한다. 2. 실험 목적 고체 표면 위의 유동에 no-slip 조건이 존재한다는 것은 실험적으로 잘 설명이 되고 있다. 고체 표면의 바로 위의 유체는 움직이게 되어 속도는 0에서 (표면에서) 자유유동 (free stream)의 속도까지 증가하게 된다. 바로 속도가 0에서 자유유동의 속도까지 변하는 영역을 경계층 (boundary layer) 이라 한다. 본 실험은 평판에서 레이놀즈 수가 5×105 인 영역에서 전형적으로 일어나는 난류 경계층 (turbulent boundary layer)에 대하여 연구한다. 경계층 두께 와 경계층(boundary layer) 의 존재로 인하여 외부유동 등에 변화를 주는 배제두께 (displacement thickness) 를 측정하여 경계층의 물리적 특성과 개념을 정립한다. 3. 이론 및 해석 1) 배제(Dispacement) 두께와 운동량(Momentum) 두께 < Fig 1. General characteristics of the boundary layer over a flat plate> < Fig.1 >에서와 같이 부드러운 평판위의 정상유동(steady flow)을 고려하자. 유동은 평판의 길이 방향에 대하여 이며 일정한 속도이다. 그림에서처럼 평판의 길이를 따라 경계층의 두께(thickness of boundary layer)가 커진다는 사실은 알려져 있다. 경계층에서의 움직임이 처음에는 층류(laminar)이나, 평판이 충분히 길다면, 난류(turbulent…
< Fig.1 >에서와 같이 부드러운 평판위의 정상유동(steady flow)을 고려하자. 유동은 평판의 길이 방향에…