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

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2010.06.29
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소개글

[기계항공공학실험] Velocity field measurement behind the circular cylinder using PIV에 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.Re를 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.

본문내용

2.2 Mean recirculation reigion의 길이의 의미

- Flow Separation과 Karman Vortex
이상적인 incompressible, inviscid flow에서와 달리 viscocity를 가지는 유체는 유체와 실린더 간의, 유체와 장애물 간의 마찰에 의해 에너지 손실이 생기게 된다. Fig 2-3에서 볼 수 있듯이 이러한 마찰에 의한 에너지 손실에 의해 실린더 뒤쪽의 압력이 실린더 앞쪽의 압력보다 낮아지게 되고, 역압력 구배가 만들어지게 된다. 이 때문에 뒤쪽의 흐름이 앞으로 흐르려고 하는 역흐름 현상을 동반하게 된다. 이러한 유체의 역흐름 현상은 심한 소용돌이 또는 turbulent flow를 동반하게 되는데, 이러한 소용돌이를 Karman Vortex라고 부른다. Fig 2-4는 대표적인 Karman Vortex를 보여주고 있다.

Flow Separation

Karman Vortex Sadotoshi Taneda; from an album of fluid motion by Van Dyke (1982)

우리가 알고자하는 Recirculation Region은 유체가 위에서 설명한 역흐름 현상을 보이는 구간을 의미한다. Recirculation Region을 그림으로 좀 더 이해하기 쉽게 표현하면 Fig 2-5와 같다.

Recirculation Region

위 그림에서 Recirculation Region의 길이는 즉 R점의 X좌표 - S점의 X좌표가 된다. R점은 Fig2-2에서 보이는 것처럼 속도가 (-)였다가 (+)로 바뀌는 velocity가 0인 부분을 찾음으로서 구할 수 있다.

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