[기계공학실험A+보고서]속도실험C

목차

Ⅰ. Introduction
Ⅱ. 실험 순서
Ⅲ. 배경지식
Ⅳ. 실험 결과 및 분석
Ⅵ. 참고 문헌

본문내용

Ⅰ. Introduction
속도실험 A에서는 PIV를 이용하여 자유 흐름(free stream)을 가시화하고, 펌프의 출력을 변화시키며 유동의 속력(stream velocity)을 관찰해보았고 속도실험 B에서는 진행 방향에 원형 실린더를 설치해 실린더 주위의 유동장을 관찰했다. 또한, 실린더의 직경은 다르지만 레이놀즈 수를 일치시켜 상사 조건을 만족시킨 상황에서의 무차원수들의 일치 여부도 확인해보았다. 이어서 속도실험 C에서는 원형 실린더를 사각 실린더로 교체하고, 사각 실린더의 각도를 바꾸어가며 다시 실린더 주위의 유동을 관찰해보고자 한다.

Ⅱ. 실험 순서
1) 사각 실린더를 설치하고 받음각을 0도로 맞추기.
2) 입자를 수조에 주입한다.
3) 레이저 전원을 켜 3.0V 출력으로 설정한다.
4) 펌프의 전원을 키고 출력을 변화시켜, 물이 흐르도록 한다.
5) 카메라 프로그램을 실행하여 해당 영역을 촬영한다.
6) PIV 프로그램을 실행하여 촬영한 사진으로 순간유동장을 계산한다.
(총 1500장을 촬영해 10장 간격으로 총 150개의 데이터를 추출한다.)
7) 물을 비운다.
8) 사각 실린더의 받음각을 0도에서 45도로 바꾸고, 위의 1~6 과정을 반복한다.
9) 실험을 통해 얻은 벡터장 데이터를 정리한다.

이후 속도실험 B와 마찬가지로의 레이놀즈 수 (reynolds number)를 400으로 통일시키기 위하여 계산을 진행했고 결과는 다음과 같다.

그 과정을 살펴보면 물의 25℃에서 동 점성계수 를 이용하여 사각 실린더 각각에 대해 를 계산하였다. () 여기서 각도가 다른 사각 실린더의 를 결정할 때는 수력학적 지름의 계산법을 이용하였다.
이후 Interrogation Window size 1mm 라는 사실을 이용하여 1/4 Law를 만족시키는 를 3000로 설정하고 실험을 진행하였다.

참고 자료

서울대학교 기계항공공학부, 「기계공학실험 2」 (2019년도 1학기 개정판), pp 11~43
Frank M White, 「Fluid Mechanics」 (7th edition), McGraw-Hill, pp 293~344
Lyn, D., & Rodi, W. (1994). “The flapping shear layer formed by flow separation from the forward corner of a square cylinder”, Journal of Fluid Mechanics, 267, 353-376.
Yoon, Dong-Hyeog & Yang, Kyung-Soo & Choi, Choon-Bum. (2010). “Flow past a square cylinder with angle of incidence”, Physics of Fluids - PHYS FLUIDS. 22.
Choi, Chang-Koon & Kwon, Dae Kun. (2003). “Effects of corner cuts and angles of attack on the Strouhal number of rectangular cylinders”. Wind and Structures An International Journal. 6. 127-140
Sohankar, A. , Norberg, C. and Davidson, L. (1998), “Low‐Reynolds‐number flow around a square cylinder at incidence: study of blockage, onset of vortex shedding and outlet boundary condition”, Int. J. Numer. Meth. Fluids, 26: 39-56.
Dutta, S., Muralidhar, K. & Panigrahi, P. (2003), “Influence of the orientation of a square cylinder on the wake properties”, Exp Fluids 34: 16.
Dutta, Sushanta & Panigrahi, P. & Muralidhar, K.. (2008). “Experimental Investigation of Flow Past a Square Cylinder at an Angle of Incidence”, Journal of Engineering Mechanics