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"전산유체 보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 익형(Airfoil)의 정의 및 중요성
1.2. 연구 목적
2. 이론적 배경
2.1. 양력과 항력의 개념
2.2. 베르누이 원리
2.3. 양력계수와 항력계수
2.4. 얇은 익형 이론
3. 해석 대상 및 해석 방법
3.1. NACA0012 익형의 선정
3.2. 격자 생성 과정
3.3. 해석 기법 설정
4. 결과 분석
4.1. 받음각에 따른 양력계수 변화
4.2. 받음각에 따른 항력계수 변화
4.3. 압력 및 속도 분포 변화
5. 결과 검토 및 고찰
5.1. 양력계수 분석
5.2. 항력계수 분석
5.3. 실험데이터와의 비교
6. 결론 및 향후 과제
6.1. 결론
6.2. 향후 연구 방향
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 익형(Airfoil)의 정의 및 중요성
익형은 항공기, 드론, 풍력 터빈 등 다양한 응용 분야에 사용되는 중요한 구조물이다. 익형은 공기 중에서 움직일 때 수직으로 작용하는 양력을 발생시키며, 이는 비행에 필요한 추력을 제공한다. 익형의 형상과 받음각에 따라 발생하는 양력의 크기가 달라지기 때문에, 항공 산업에서 양력을 극대화할 수 있는 최적의 익형 형상과 받음각을 찾는 것이 매우 중요하다. 이를 통해 비행에 필요한 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 더 효율적이고 경제적인 비행기 설계가 가능해진다.
1.2. 연구 목적
이 연구의 목적은 NACA0012 익형의 받음각이 양력계수와 항력계수에 미치는 영향을 ANSYS FLUENT를 활용하여 해석하고, NASA에서 수행한 풍동실험 데이터와 비교 분석하여 결과의 타당성을 검증하는 것이다. 또한 받음각 변화에 따른 익형 주변의 압력 및 속도 분포 변화를 살펴보고자 한다.
익형의 형상과 받음각은 항공기가 받는 양력에 큰 영향을 미치기 때문에, 양력을 높이기 위한 최적의 익형 형상과 받음각을 찾는 것은 항공 산업에서 매우 중요하다. 이에 따라 익형의 받음각에 따른 양력계수와 항력계수의 변화 특성을 분석하고, 실험 데이터와의 비교를 통해 결과의 신뢰성을 확보하고자 한다. 또한 받음각 변화에 따른 압력 및 속도 분포 변화를 파악하여 익형 주변의 유동장 특성을 종합적으로 이해하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1. 양력과 항력의 개념
익형(Airfoil)이 공기 속에서 움직이게 되면 익형의 수직방향으로 양력(Lift force)이 작용하고, 익형의 운동 방향과 반대방향으로 항력(Drage force)이 작용한다. 양력은 익형 상하의 압력 차이에 의해 발생하는데, 익형의 아랫부분에서는 공기의 흐름이 빨라 압력이 낮고, 익형의 윗부분에서는 공기의 흐름이 느려 압력이 높기 때문이다. 이는 "베르누이의 원리"에 의해 설명할 수 있다. 양력계수(CL, coefficient of Lift)는 익형에 작용하는 양력(Lift force)을 익형 주변을 둘러싸고 있는 유체의 밀도와 관련시키는데 사용되는 무차원수이고 다음과 같이 구할 수 있다. CL= L/ (1/2ρv2A)(L : 양력, ρ : 익형을 둘러싸고 있는 유체의 밀도, v : 유체의 속도, A : 익형의 면적) 항력계수(CD, coefficient of Drag)는 익형에 작용하는 항력(Drag force)을 익형 주변을 둘러싸고 있는 유체의 밀도와 관련시키는데 사용되는 무차원수이고 다음과 같이 구할 수 있다. CD= D/ (1/2ρv2A)(D : 항력, ρ : 익형을 둘러싸고 있는 유체의 밀도, v : 유체의 속도, A : 익형의 면적)
2.2. 베르누이 원리
익형이 공기 속에서 움직이게 되면 익형의 수직방향으로 양력(Lift force)이 작용하고, 익형의 운동 방향과 반대방향으로 항력(Drage force)이 작용한다. 양력은 익형 상하의 압력 차이에 의해 발생하는데, 익형의 아랫부분에서는 공기의 흐름이 빨라 압력이 낮고, 익형의 윗부분에서는 공기의 흐름이 느려 압력이 높기 때문이다. 이는 베르누이의 원리에 의해 설명할 수 있다. 베르누이의 원리에 따르면 유체의 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 되며, 유체의 속도가 증가하면 압력은 감소한다. 즉, 익형의 윗부분에서는 공기의 흐름이 느려 압력이 높고, 아랫부분에서는 공기의 흐름이 빨라 압력이 낮아지면서 양력이 발생하게 된다. 이처럼 베르누이 원리는 익형에 작용하는 양력의 발생 원리를 설명할 수 있다.
2.3. 양력계수와 항력계수
양력계수( CL, coefficient of Lift)는 익형에 작용하는 양력(Lift force)을 익형 주변을 둘러싸고 있는 유체의 밀도와 관련시키는데 사용되는 무차원수이다. 양력계수는 다음과 같이 구할 수 있다. CL= L / { 1/2 ρv2A }(L: 양력, ρ: 익형을 둘러싸고 있는 유체의 밀도, v: 유체의 속도, A: 익형의 면적)
항력계수( CD , coefficient of Drag)는 익형에 작용하는 항력(Drag force)을 익형 주변을 둘러싸고 있는 유체의 밀도와 관련시키는데 사용되는 무차원수이다. 항력계수는 다음과 같이 구할 수 있다. CD= D / { 1/2 ρv2A }(D: 항력, ρ: 익형을 둘러싸고 있는 유체의 밀도, v: 유체의 속도, A: 익형의 면적)
비행기의 익형은 최대 양력을 달성하도록 설계 및 개발되었다. 비행기에 더 많은 항력이 작용하게 되면 비행기의 엔진에 의해 제공되는 추진력을 줄일 수 있어, 연료절감을 할 수 있기 때문이다. 또한, 받음각 alpha와 양력계수 CL간의 관계를 설명하는 "얇은 익형 이론(Thin airfoil theory)"이 있다. 이 이론은 비압축성, 비점성 흐름에 대해 받음각 alpha와 양력계수 CL 간의 관계를 설명해주는 이론으로, 독일 수학자 Max Munk에 의해 고안되었고, 1920년대에 영국 공기역학자인 Hermann Glauert에 의해 더욱 개선되었다. 얇은 익형 이론은 익형 주위의 흐름을 얇은 익형 주위의 2차원 흐름으로 이상화하고, 두께가 0이고 날개폭이 무한대인 익형을 가정한다. 이 이론에서 제시한 받음각 alpha와 양력계수 CL간의 관계는 CL=2π alpha이다. 즉, 받음각...
참고 자료
익형의 정의 : https://en.wikipedia.org/wiki/Airfoil
NACA0012 : http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=n0012-il
Cgrid mesh의 유용성: https://www.quora.com/Why-are-C-grid-meshes-used-for-CFD-analysis-of-airfoils
thin airfoil theory
https://en.wikipedia.org/wiki/Airfoil#:~:text=Thin%20airfoil%20theory%20is%20a,and%20others%20in%20the%201920s.
NASA실험데이터:
http://airfoiltools.com/polar/details?polar=xf-n0012-il-1000000
CFD Analysis of NACA 0012 Aerofoil to Investigate the Effect of Increasing Angle of Attack on Coefficient of Lift and Coefficient of Drag, Mirza Haseeb Khalid, Mar31, 2022
Zonal Two Equation k-w Turbulence Models For Aerodynamic Flows, F. Menter,22 Aug 2012
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유체역학 1주차 자료, 인천대학교 유체역학, 2023, p. 2
유체역학 1주차 자료, 인천대학교 유체역학, 2023, p. 4
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, p. 2
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, pp. 2~3
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Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, pp. 23~24
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베르누이 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 6
베르누이 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 8
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, pp. 29~30
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베르누이 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 8
베르누이 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 8
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베르누이 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 16
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베르누이 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, pp. 22~23
유체역학 4주차 자료, 인천대학교 유체역학, 2023, p. 6
https://m.blog.naver.com/lagrange0115/222427057766, 층류⋅난류⋅천이류 사진, 2024.09.10
레이놀즈 이론수업 자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, pp. 5~12
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Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, pp. 361~362
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 3
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, pp. 312~314
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 6
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 7
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p. 8
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, pp. 2~9
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, pp. 370~371
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, pp. 9~10
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, p. 385
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p.11
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p.13
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, p. 404
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p.13
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p.14
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, pp. 15~18
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p.19
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p.21
파이프 유동 실험 이론 강의자료, 인천대학교 기계공학연구, 2024, p.22
파이프 유동 실험 예습 영상, 인천대학교 기계공학연구, 2024
Frank M. White, White의 유체역학(8th Edition), McGraw-Hill, 2017, p. 407
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