닥트 내의 圓孤를 지나 흐르는 二次元의 粘性流의 可視化

Abstract

본 논문에서는 일정한 폭을 가진 닥트를 흐르는 2 차원 점성 유체의 흐름이 장애물 주위를 지나게 될 때 어떻게 달라지는가를 흐름의 가시화 방법을 써서 조사하였다. 본 실험에서는 사용 유체를 물로 하였고 흐름의 가시화 방법으로 수면에 알루미늄 가루를 뿌리는 방법을 택했다. 장애물이 원주 (circular cylinder)인 경우에 수면에서 원주 후면에 나타나는 trailing eddy가 흔들리기 시작할 때의 임계 Reynolds수를 원주의 직경을 여러가지로 변화시켜가면서 조사하였다. 그 결과로는 원주 지름의 닥트 폭에 대한 비 (d/D) 가 커질수록 이러한 임계 Reynolds수가 거의 선형적으로 증가했다. 또한 물체 후면에 standing eddy가 처음 출현하는 임계 Reynolds수 Rec도 비 (d/D) 에 따라 증가함을 보였다. 다음에 장애물이 원호 단면을 가진 cylinder일 경우에 그 원호의 오목한 부분에 나타나는 흐름 상태를 파악하였다. 이러한 모델에 대한 이론적 결과 (Reynolds수가 무한히 작을 경우) 는 참고문헌 (17) 에 의해 얻어졌으며 원호의 현과 균일흐름(uniform flow)이 직각을 이룰 경우에는 2개의 eddy가 볼록한 모습으로, 평행을 이룰 경우에는 1개의 eddy가 오목한 모습으로 (장애물의 단면이 반원호의 경우) 원호의 오목한 부분에서 나타난다는 사실을 밝혔다. 본 실험에서 나타난 결과는 균일 흐름이 현에 수직인 경우에 원호의 오목한 영역에 나타난 한 쌍의 eddy는 Reynolds수가 증가함에 따라 점차 그 크기가 축소되어 그 경계인 separation line은 현의 안쪽으로 굽어진 오목한 모습을 가지게 되었다. 또한 균일 흐름이 현과 평행한 방향으로 흐를 때에는 원호의 오목한 부분에 나타난 eddy는 Reynolds수가 증가함에 따라 좀더 커지는 경향이 나타났으며 이때 eddy의 경계인 separation line은 처음 오목하던 모습에서 현의 바깥쪽으로 밀려나온 볼록한 모습을 가지게 되었다.