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[기계항공공학실험] 속도실험

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레포트 > 공학계열
2009.04.24
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[기계항공공학실험] 속도 실험 보고서

속도실험 레포트

[기계항공공학실험] 속도실험

[기계항공공학실험] 속도실험 결과 보고서

[기계항공공학실험] 속도 실험 결과 리포트

[기계항공공학실험] 속도실험

[기계항공공학실험] Velocity field measurement behind the circular cylinder using PIV

[기계항공공학실험] 속도실험..

[기계항공공학실험] 속도실험

[기계항공 공학실험] Matlab을 이용한 steady-state 상태의 온도분석

소개글

[기계항공공학실험] 속도실험에 대한 자료입니다.

1.300개의 velocity field 데이터를 Time-averaging하여 이를 vector표시로 plot하라.
2.1번에서 구한 속도장으로 Mean recirculation region(Wake bubble)의 길이를 구하라.(Grid보다 작은 값은 Interpolation을 해야 함.) 그리고 이 값의 의미를 설명하라.
3.를 계산하라.(D=5mm, T=293K)

4. Time-averaging된 velocity field의 데이터를 이용해 vorticity field를 구하여 contour 형식으로 plot하고, 이 결과를 순간 속도장의 vorticity field와 비교 토의하라.
5.Time-averaging된 velocity field의 데이터를 이용해 streamline을 구하여 plot하고, 이 결과를 순간 속도장의 streamline과 비교 토의하라.
5.1 Time-averaged streamline
5.2 순간 속도장의 streamline
6. 3번에서 구한 의 값으로 이 유동이 Laminar인지 Turbulent인지 판별하고, 4번,5번에서 구한 데이터와 다른 논문에서 제시하는 데이터를 비교 토의하라.
6.1 3번에서 구한 의 값으로 이 유동이 Laminar인지 Turbulent인지 판별.
6.2 4번,5번에서 구한 데이터와 다른 논문에서 제시하는 데이터를 비교 토의
Appendix
(2) 프로그래밍 코드
문제 1.
문제 4.
1) Vorticity Field
2) Instant Vorticity
3) FFT analysis
문제 5.
1) time-averaged streamline 분석
2) - 순간속도장 streamline 분석

본문내용

1.300개의 velocity field 데이터를 Time-averaging하여 이를 vector표시로 plot하라.

평균 속도장은 주어진 300개의 속도장으로부터 각 좌표에 해당하는 X방향의 속도와 Y방향의 속도를 더 하여 마지막에 300으로 나누어주어 구할 수 있었다. 주어진 평균 속도장에서 벡터의 크기를 통해 평균 유속을 짐작할 수 있으며 벡터의 방향을 통해 유체가 흐른 방향을 추정할 수 있다. 평균 속도장 그래프로부터 원기둥의 지름은 대략 10mm라고 짐작할 수 있으며 주어진 좌표(0,0)으로부터 반경 5mm내에 있는 자료는 무의미하다고 할 수 있다. 그래프를 통해 유체가 원기둥의 물체를 지날 때 원기둥으로부터 멀어질수록 속도의 크기가 커지는 것을 확인할 수 있으며 이를 통해 Boundary Layer가 존재함을 알 수 있다.

X축과 Y축 각각 14개씩의 좌표밖에 주어지지 않아 실제 유체의 이동을 자세히 짐작하기는 어렵지만 대략적인 흐름과 각 위치에서의 평균속도를 알 수 있다. 물체(원기둥)후면에 작용하는 벡터들을 확대하여 나타내 보면 아래와 같다. 각 벡터들을 통해 일정한 방향성을 찾아보기 힘들며 또한 그 크기도 외곽에 존재하는 벡터보다 작다는 것을 알 수 있다. 이를 통해 물체 후면이 저항을 가장 적게 받을 수 있는 위치임을 알 수 있다.

2.1번에서 구한 속도장으로 Mean recirculation region(Wake bubble)의 길이를 구하라.(Grid보다 작은 값은 Interpolation을 해야 함.) 그리고 이 값의 의미를 설명하라.

S. BALACHANDAR, R. MITTAL and F. M. NAJJAR, Properties of the mean recirculation region in the wakes of two-dimensional bluff bodies, Department of Theoretical and Applied Mechanics, University of Illinois at Urbana-Champaign, 104 South Wright Street, Urbana, IL 61801, USA. National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA

우선 Mean recirculation region(Wake bubble)의 의미를 알아보도록 하자. Mean recirculation region은 1번에서 구한 Time-averaging 한 속도장을 살펴봤을 때 그 크기가 매우 작은 구간이다. wake bubble이 일어나는 구간이기도 한데, 논문에서 인용한 Figure1을 보면 D=5mm의 실린더 뒤로 그려진 포물선 안의 영역이 되겠다. Mean recirculation region(Wake bubble)의 길이는 Figure1의 직선 BR의 길이로 정의되는데 이번 실험에서는 실린더 중앙에서 R까지의 길이를 구해보도록 한다. (실험조건 상)
1번에서 time-averaging 한 결과를 x축은 실린더로부터의 길이방향으로 놓고 y축은 1번 결과 data의 u 값을 택하여 plot 해보면 다음 페이지 상단과 같은 그래프가 주어지게 된다. 이를 살펴보면 빨갛게 동그라미 쳐 놓은 부분을 주목해 볼 필요가 있다. mean recirculation region에서는 time-averaging 한 결과의 u벡터가 음(-)의 값을 가지는데 x값이 점점 커지게 됨에 따라 즉, mean recirculation region을 벗어나게 됨에 따라, 벗어나게 되는 그 경계부터는 u값이 +값을 가진다. 이는 mean recirculation Region을 벗어나서 free stream에 의하여 영향을 받는 영역에 들어섰기 때문이다. 그러므로 우리가 구하고자 하는 Mean recirculation region의 길이는 처음 지점(u=0)부터 다음으로 u=0이 되는 지점까지의 거리가 된다. 이 때의 x값까지가 mean recirculation region이

되는 것이고 이 x값이 mean recirculation region의 길이가 되는 것이다. 이를 바탕으로 plot 한 위의 그래프의 빨갛게 동그라미 친 부분 중 x절편이 가장 큰 값을 찾으면 7.9 이다.

참고문헌

(1) 참고문헌

S. BALACHANDAR, R. MITTAL and F. M. NAJJAR, Properties of the mean recirculation region in the wakes of two-dimensional bluff bodies, Department of Theoretical and Applied Mechanics, University of Illinois at Urbana-Champaign, 104 South Wright Street, Urbana, IL 61801, USA. National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA

John D. Anderson, Fundamenal of Aerodynamics, 4th ed., McGrawHill

Frank M. White, Fluid Mechanics 6th edition. McGraw-hill

이봉준, 『항공역학』, 세화 출판사

항공우주연구원, 『PIV measurement on KARI LSWT』

박강국, 『A study on near wake structures of the flow past a circular cylinder using PIV』, 서울대학교 대학원 기계공학과, (2000.Feb.)

김원태(Wontae Kim) · 유정열(Jung Yul Yoo) · 성재용(Jaeyong Sung) 저 대한기계학회, 대한기계학회 춘추학술대회, 대한기계학회 창립 60주년 기념 추계학술대회 강연 및 논문 초록집, 2005. 11, pp. 814 ~ 819 (6pages)

권기영, 『낮은 레이놀즈 수에서 원형 실린더 뒤에 발생하는 층류 보텍스 쉐딩의 능동 및 수동 제어』, 서울대학교 대학원, 1996

http://en.wikipedia.org/wiki/Karman_vortex

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#vortex #실린더 #V_average #field #streamline #of #average #mean

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