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제트유동장 측정실험 평가A좋아요

1장 제트의 유동장 측정 실험학번:조:성명:실험일자:제출일자:■ 실험 목적● 유체유동은 크게 층류와 난류로 구분된다. 우리가 실제로 접하거나 공학적인 의미가 있는 대부분의 유동은 난류이고, 본 실험에서는 이러한 난류유동의 특성을 실제측정을 통해 체험적으로 이해시키고자 하는 데 있다.유동의 표본으로는 2차원 제트 유동을 택하여 이에 대한 난류유동의 특성을 이해시키고 유동장의 측정법 및 측정장비인 열선유속계와 피토관의 사용방법과 측정된 자료의 분석 및 취합능력을 함양시켜서 그 응용력을 배양시키고자 한다.■ 실험 내용 및 이론적 배경(사전조사)● 제트유동의 일반적 특성- 주위의 유체에 비하여 부분적으로 높은 속도를 갖는 유동을 제트유동이라 한다. 일반적인 제트유동은 다음과 같은 독특한 유동의 형식을 갖고 있다.① 포텐셜 코어 ( potential core ) : 출구속도와 같은 속도를 유지하는 구간을 가리킨다. flow development region구역에서는 삼각형의 모양을 갖는다.② 유입 ( entrainment ) : 제트유동장의 주위의 공기가 유동장안으로 들어오는 현상을 가리킨다. 유동장의 속도의 구배와 난류강도에 영향을 미친다.③ 혼합경계층 ( mixing boudary layer ) : 유입 ( entrainment ) 으로 들어온 기체와 제트유동의 바깥쪽 부분이 섞이면서 경계층을 이루는데 이것을 혼합경계층이라고 한다.④ 상사성 ( similarity ) : 속도와 속도구배가 일정비율의 분포를 보이는 현상을 가리킨다.- 2차원 자유유동은 initial development region 과 self-preserving region으로 나뉘어진다. 초기발달영역은 분류의 출구속도가 거의 그대로 보존되는 포텐셜 코어가 존재하고 주위 유체와의 혼합이 활발히 일어나 혼합경계층이 발달한다. 노즐 출구로부터 x방향으로의 거리가 증가함에 따라 포텐셜 코어는 줄어들게 되고 혼합 층은 커지게 되며 더욱 커지게 되면 분류는 난류유동이 된다.● 피토관 (Pitot tube)① 피토 튜브의 역사- 피토 튜브는 1972년 프랑스인 피토에 의해 제시되었다. DRANDTL이 측정 장비로 개발하여 항공기의 비행속도와 선박의 추진속도를 측정하는데 이용되었다.② 피토 튜브의 특징- 피토 튜브는 구조가 간단하고 관지름의 크기에 대한 영향을 받지 않으며 비교적 작은 부분의 유속을 측정할수 있는 이점이 있으나 발생되는 차압이 작다는 것과 피토튜브의 장착위치와 방향이 정확히지 않으면 안되는점 등이 단점으로 지적되고 있다.③ 피토관의 동작원리-베르누이 방정식의 원리에 의해 전압과 정압의 차를 이용해 동압을 얻고, 동압을 가지고 유속을 측정한다.유체흐름의 총압과 정압의 차이를 측정하고 그것에서 유속을 구하는 장치이다. 1728년 프랑스의 H.피토가 발명하였다. 끝부분의 정면과 측면에 구멍을 뚫은 관을 말한다. 이것을 유체의 흐름에 따라 놓으면 정면에 뚫은 구멍 A에는 유체의 정압과 동압을 더한 총압이, 측면 구멍에는 정압이 걸리므로 양쪽의 압력차를 측정함으로써 베르누이의 정리에 따라 흐름의 속도가 구해진다. 풍속의 측정, 항공기 ·선박 등의 속도계 (대기속도계 ·유압식 측정기)④ 유량의 계산- 베르누이의 식을 적용하면 비압축성 유체의 유속 V는 이론적으로 다음식과 깉이 구해진다.- 상기의 식은 이론적인 식이며 실제로는 실험적으로 구하여진 속도계수와 압력계수를 적용하여 계산한다.< 피토 튜브의 총체적 원리 >● 열선유속계(heat-wire)- CTA(Constant Temperature Anemometer)원리열선의 온도를 일정하게 유지하도록 하여 유속에 따라 발생하는 열전달 효과에 따른 전류의 변화를 통해 유속을 측정한다.열선 유속계는 직경이 5m정도의 열선에서의 유체에 의한 열전달을 이용해서 속도나 온도를 측정하는 장치로 비정상 속도 성분이나 난류 속도 성분을 측정하는데 유용하다. 열선 유속계는 기본적으로 thermal transducer로서, 유체와 센서 사이의 열전달에 이용되고 전류가 흐르는 필라멘트가 유동 속에 놓여지는데, 유속이 변함에 따라 필라멘트의 열전달양이 변하게 되어 열 균형을 변화시키게 된다. 필라멘트는 열 저항을 가지는 물질로 만들어지며, 온도가 변화하면 저항이 변화하게 된다. 저항의 변화는 여러 가지 전기적 방법에 의해 모니터 되며 유체의 속도나 온도의 변화와 관련된 신호를 주게 된다. 따라서 열선 유속계에 의해서 유체의 한 점에서의 순간적인 속도나 온도를 구할 수 있게 된다. 열선 유속계 시스템에는 두 가지 종류가 있는데,CCA(Constant Current Anemometer)에 의해서는 순간 온도를 측정하고CTA(Constant Temperature Anemometer)에 의해서는 순간 속도를 측정한다.① 열선유속계의 특징- 측정값과 시간을 최대 5,000개까지 저장- 최대·최소값 및 평균값을 자동 연산 및 저장- 프로그램 사용시 요약 보고서 자동 출력- 충전용 밧데리로 48시간 연속 측정 가능- 조도 및 가스센서를 연결시 센서 자동 인식 및 측정 가능② 열선유속계 상세정보(hot wire Anemometer)specificationdetailspecificationdetailMeasuring Range? Air Velocity : 0∼50m/sec? Temperature : -50∼+150℃? Humidity : 0∼100%Duration of Each Acquisition? 1 sec for each sensorResolution? Air Velocity : 0.01m/sec? Temperature : 0.1℃? Humidity : 0.1%Keyboard? Alphanumeric with 21 keysAccuracy? Air Velocity : ±0.04m/sec? Temperature : ±0.2℃? Humidity : ±1%Power Supply? 9Vcc / 2 internal batteries,9 volt AlkMnData Output? RS232Environmental Operating Conditions? 0 to 50℃EEPROM Memory? 32 KBHousing? Anodised aluminum boxAD Converter? ±12 bitDimensions? 112×220×33 mm< 열선 유속계 >■ 실험 장치 및 구성- 난류제트 발생장치인 풍동의 출구에 열선 유속계 및 피토관을 위치시키고 여기서 측정된 결과들을 처리할 수 있도록 컴퓨터와 연결한다. 실험장치의 구성요소는 다음과 같다.① 난류제트 발생장치② 열선유속계 (Constant Temperature Wire Anemometer)③ 열선 프로브 (Hot-Wire Prove)④ 피토관 (Pitot Tube)⑤ A/D 변환기, 오실로스코프⑥ 정전압공급장치⑦ 개인용 컴퓨터■ 실험 순서 및 방법● Heat wire① Hot-Wire Probe 의 출력단자를 열선유속계에 연결한다.② 열선유속계의 출력단자를 오실로스코프 및 A/D변환기에 연결한다.③ 프로브 지지대에 shorting probe를 설치하여 케이블의 저항을 보상한다.④ shorting probe를 제거하고 열선을 장착하여 저항값을 설정하고, 작동전압을 제공한다.⑤ 열선 프로브를 이송장치에 장착하여 측정지점에 위치시킨다.⑥ 풍동을 동작시키고 측정을 시작한다.⑦ X방향의 측정지점은 노즐 출구직경의 정수배에 근거하여 적절하게 선택한다.⑧ Y방형의 측정지점은 속도 구배가 큰 영역에서는 2, 이외의 영역에서는 4mm씩 이송하여 측정한다.※ 열선 유속계의 데이터 획득 프로그램#include #include #include #define BASE 0x220// base address#define N 60// number of sampling#define STIME100// unit : msecvoid main(void){int lsb, msb, b, i,j,k;int data[N];float dataf[N], average=0, sum=0;FILE *out;clrscr();// function for initialize for 8253 counter 0, 1outportb(BASE+7, 0x10);// counter internal modeoutportb(BASE+11, 0x36);// counter 0, mode 3 setoutportb(BASE+8, 5000);// low byte of counter 0outportb(BASE+8, 5000>>8);// high byte of counter 0outportb(BASE+11, 0x76);// counter 1, mode 3 setoutportb(BASE+9, STIME);// low byte of counter 1outportb(BASE+9,STIME>>8);// high byte of counter 1// AD conversionfor(i=0 ; i

공학/기술| 2006.10.27| 12페이지| 1,000원| 조회(1,019)

실험, 기계공학

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