Laser 장치를 이용한 U-tube 내의 유동 가시화

소개글

Laser 장치를 이용한 U-tube 내의 유동 가시화
실험 목적 : Laser Sheet 와 Particle을 이용하여 U-tube내의 유동을 가시화하고 이를 통하여 직관 및 곡관에서의 유동 특성을 파악한다. U-tube 여러 위치에서 가시화된 관측 결과를 통하여 주 유동방향 속도 Profile을 확인하고 곡관 부분에서이 속도 Profile의 특성에 대하여 알아본다. 또한 주 유동 방향에 수직한 다면에서 2차 유동 (Secondary flow)을 확인하고 이에 대한 특성을 알아본다.

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 예비이론
① 관내 유체 유동
② 유량(flow rate)
③ 레이놀즈수(Reynolds number)
④ 딘수(Dean number)
⑤ 유동가시화 방법
⑥ 관내 내부 유동
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 측정 사진
7. 토의

본문내용

1. 실험 제목 : Laser 장치를 이용한 U-tube 내의 유동 가시화
2. 실험 목적 : Laser Sheet 와 Particle을 이용하여 U-tube내의 유동을 가시화하고 이를 통하여 직관 및 곡관에서의 유동 특성을 파악한다. U-tube 여러 위치에서 가시화된 관측 결과를 통하여 주 유동방향 속도 Profile을 확인하고 곡관 부분에서이 속도 Profile의 특성에 대하여 알아본다. 또한 주 유동 방향에 수직한 다면에서 2차 유동 (Secondary flow)을 확인하고 이에 대한 특성을 알아본다.

3. 예비이론

① 관내 유체 유동
관내에 유체 유동을 시키면 평균 유동속도가 작은 영역에서는 관내의 축을 따라 평행하게 축을 이루면서 흐르는데, 이런 유동을 층류유동(laminar flow) 또는 점성유동(viscous flow), 유선형운동(streamline flow) 이라 한다. 이 흐름은 각각의 유체입자들의 점성에 의해서 원주의 동심원형상의 층상 유동으로 나타난다. 유체입자는 각각의 유체층 내에서 관에 서로 평행한 경로를 따라 운동한다. 밸브개도를 크게 함에 따라 유량이 증가되어 유선이 진동을 일으키고, 파괴되어 서로 뒤섞이는 상태가 되기 전까지는 유체운동이 층을 이루면서 직선형태로 흐르게 된다. 유선이 진동을 일으키거나 깨어지게 되는 속도를 임계속도(critical velocity)라 하며, 이 임계속도보다 유동속도가 크게 되면 유선의 층은 유체가 투입되는 지점에서 짧은 거리의 하류지점에서부터 유동 전체로 곧바로 확산된다. 이와 같이 임계속도보다 더 큰 유동속도를 가진 유동을 난류(turbulent flow) 이라 하고 유체입자는 주 유동방향을 가로지는 불규칙한 운동을 하며, 불규칙한 형태로 유체입자들끼리 혼합되는 형상을 갖는다. 층류운동에서 유체의 속도는 관 중심에서 최대이고 관 중심에서 멀어짐에 따라 점차 속도가 감소되어 관 벽에서 영(zero)가된다.

참고 자료

-유체역학 - Smits, Alexander J 허남건 역, 시그마프레스 2003.
-유체역학 - Hitoshi Kato 윤정인외 역, 태훈출판사 1998
-유체역학 - Irving Granet 이종춘외 역, 사이텍미디어 1996
-http://user.chollian.net/~skypark0/2001/archim.hwp