[공학나라] 기계 공학 기술정보

항력 및 양력

▶ 항력 (drag force) : 흐름 방향으로 작용하는 힘

항력 = 항력계수 × 동압 × 투영면적

여기서 투영면적은 흐름에 수직한 면에 투영한 면적이다.

▶ 양력(life force) : 흐름방향에 수직한 위방향으로 작용하는 힘

양력 = 양력계수× 동압 × 투영면적

여기서 투영면적은 흐름에 평행한 면에 투영한 면적이다.

층류/난류 판별

- 층류 (laminar flow) : 유체입자들이 질서정연하게 층과 층이 미끄러지면서 흐르는 유동 상태

- 난류 (turbulent flow) : 유체입자들이 불규칙하게 난동을 일으키며 흐르는 유동 상태

▶ 레이놀즈 수 (Reynold number, Re)

층류와 난류를 구분하는 척도가 되는 무차원수로 물리적인 의미는 관성력을 점성력으로 나눈 것이다.

- 하임계 Re (=2100) : 난류에서 층류로 바뀌는 Re

- 상임계 Re (=4000) : 층류에서 난류로 바뀌는 Re

선운동량 방정식의 응용

▶ 선운동량 :  (kg·m/s)

뉴턴의 제2법칙  를 이용하면 

※ 설명 : 충격량 (Fdt) = 운동량의 변화량 (mdV)

▶ 유체의 운동량의 변화로 인해 물체에 작용하는 힘 

※ 설명 : 유체의 질량 유량에 유체의 속도 변화를 곱하면 작용하는 힘이 구해진다.

▶ 곡관에 유체가 작용하는 힘

곡관에 작용하는 힘 = 압력에 의한 힘 + 운동량 변화량에 의한 힘

각운동량 방정식의 응용

▶ 각운동량 = 회전 반경 x 선운동량 :  (kg·m²/s)

베르누이 방정식 : 정압, 정체압, 동압, 수두

가정 : 

비점성 (마찰이 없음)

비압축성 (밀도 일정)

정상류 (시간에 대한 변화 없음)

유체입자는 유선을 따라 움직임.

베르누이 방정식에서 전수두 H 는 항상 일정한 값을 가짐 

 : 압력 수두 (pressure head) (m)

 : 속도 수두 (velocity head) (m)

 : 위치 수두 (potential head) (m)

위 식에 를 곱하면 

 : 정압 (static pressure) (Pa)

 : 동압 (dynamic pressure) (Pa)

 : 정체압 (stagnation or total pressure) (Pa)

위 식에서 속도가 0 이 되면 동압이 0이 되고 압력 p는 정체압 로 동압의 감소분 만큼 증가하게 된다.

질량보존의 법칙

유체의 질량 보존 법칙 : 질량 유량이 일정 

위식을 미분하면 

위식을 로 나누면 

→ 미분 형태의 질량 보존 법칙

※ 비압축성 유동의 경우는 밀도가 일정하므로 부피 유량이 일정