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[기계공학] FIN의 성능 실험 평가B괜찮아요

이 번 실험을 통해 해석해를 통한 핀의 온도 분포와 실제 측정치를 비교해 볼 수 있었다. 결론적으로 해석해가 실제 핀의 열전달을 잘 모델링하고 있음을 확인할 수 있었고, 오차를 분석함으로써 사소하게 빠진 가정들을 찾아낼 수 있었다. TLC를 이용해 핀의 표면의 온도를 2차원적으로 측정해 봤으며 이 측정치를 통해서 대칭형 직사각형 모양의 핀의 열전달 현상은 1차원적으로 근사해도 무리가 없다는 결론을 내리게 되었다. 또한 TLC라는 특이한 물질을 통해 온도를 측정하는 방법을 터득하게 된 유용한 실험이었다. 열전대와 TLC의 장단점에 대해서 비교한 결과 TLC로는 아직까지는 정밀한 측정을 하기에는 모자란 점이 있다는 결론을 내렸다. 대신 TLC는 전문적인 온도 측정 도구로 사용하기보다는 보다 직관적이라는 특성을 이용, 실생활에 쉽게 쓰이는 상품으로 개발하는 편이 낮지 않을까 하는 생각을 해 보았다. 마지막으로 핀성능 향상 방법에 대해서도 논하였다.

공학/기술| 2002.05.19| 21페이지| 1,000원| 조회(1,176)

열전달, 열, fin, 휜

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[기계공학] 회전체의 유동 평가B괜찮아요

Ⅰ. 목적실험을 통하여 회전기기의 특성과 원리를 이해할 수 있으며 실제 회전기기에서 발생되는 여러 가지 현상들의 원인과 그들의 효과관계를 본다.실험장치는 실제 기기의 거동에 가깝게 모의실험할 수 있도록 제작된 Bently Nevada의 Rotor-KIT를 사용한다. 실험을 통하여 축 럽 조건, 오일 훨(Oil Whirl), 오일 휩 불안정성(Oil whip Instablity) 및 축 교란(Shaft Perturbation)의 현상을 이해하고 이들 현상에 의해서 야기되는 불안정한 운전을 고찰한다. 또한 센서의 설치 및 문제처리에 대한 기초를 배우며, 센서 신호를 오실로스코프 등을 통하여 읽을 수 있게 한다.Ⅱ. 실험결과(1) 축-베어링계의 고유진동수 측정가진기의 회전속도를 저속에서 조금씩 증가시키며 주축의 변위를 오실로스코프를 통해 측정한다. 측정된 주축의 변위를 통해서 축 베어링계의 고유진동수를 실험적으로 얻는다.▷ {omega_n = 3220 rm rpm정도 될 때 변위가 최대가 되었다. 따라서 3220rpm이 고유진동수라 볼 수 있다.(2) 동기가진주축을 저속에서 2000rpm 까지 조금씩 증가시키며 회전궤적을 오실로스코프를 통해 측정한다.▷ 원점을 중심으로 하는 동심원을 그린다. 회전속도가 커질수록 원의 지름이 커졌다.(3) 비동기가진주축을 1000rpm으로 고정하여 회전 시키고 가진기의 회전속도를 증가시키면서 주축의 변위를 측정한다.1 주축과 가진기가 같은 방향일 때1) ω = 500rpm2) ω = 1000rpm3) ω = 1500rpm4) ω = 2000rpm2 주축과 가진기가 다른 방향일 때1) ω = 500rpm2) ω = 1000rpm3) ω = 1500rpm4) ω2 = 2000rpm(4) 오일 훨(Oil Whirl)주축을 1000rpm부터 조금씩 증가시키며 오일 베어링의 불안정성에 의한 오일 훨현상을 측정한다.가진기는 정지시키고 주축을 1000rpm부터 증가시키면 약 2600rpm에서 주축의 변위가 급격하게 늘어났다.Ⅲ. 이론값과의 비교(1) 제프콧 로터에 대하여 동기 가진 해석주축의 운동을 나타내는 방정식은 다음과 같다.{mx prime prime +cx prime + kx=m u omega cos( omega t){my prime prime +cy prime +ky=m u omega sin(omega t)damping계수 c를 무시하고 해를 구하면,{x=omega^2 {u } over {( { k} over {m } )-omega^2 }cos(omega t){y=omega^2 {u } over {( { k} over {m } )-omega^2 }sin(omega t)와 같이 된다. 여기서 k/m = {omega_n ^2이고 u = 1μm 이므로 값을 대입하고 ω를 증가시키면서 그래프를 그리면 다음과 같다. ω = 3000 rpm까지는 궤적의 반경이 커지다가 고유진동수인 3220 rpm을 넘어서면 그 값이 줄어들어야 하는데 그래프에서는 4000 rpm을 넘어서야 반경이 줄어들었다. 이는 damping 계수의 무시나 마찰 등 여러 가지 요소들을 무시한데서 생긴 오차때문인 것 같다.(1)500rpm (2)1000rpm{{(3)1500rpm (4)2000rpm{{(5)2500rpm (6)3000rpm{{(7)3500rpm (8)4000rpm{{(2) 비동기 가진 해석비동기 가진의 경우 가진기에 의한 Input이 추가되고 지배 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.{m ux prime prime + cx prime +kx=m u omega^2cos(omega t) + rcos( { omega}_{2 }+ beta ){m uy prime prime + cy prime +ky=m u omega^2sin(omega t) + rsin( { omega}_{2 }+ beta )위의 방정식에 대한 해를 구하면 다음과 같다.{x=omega^2 {u } over {( { k} over {m } )-omega^2 }cos(omega t)+r prime cos( { omega}_{2 }t+ phi ){y=omega^2 {u } over {( { k} over {m } )-omega^2 }sin(omega t)+r prime sin( { omega}_{2 }t+ phi )위의 식에서 ω = 1000rpm으로 고정시키고 {r prime은 임의의 값을 주고 {phi= pi over 3이라 하여 ω2를 변화시키면서 그래프를 그리면 다음과 같다.(1) 500 rpm (2) 1000 rpm{{(3) 1500 rpm (4) 2000 rpm{{(5)2500rpm{3) 오일 훨 현상이 현상은 오일을 이용한 저널 베어링에서 일어나는 현상이다. 저널 베어링이 견딜 수 있는 임계 회전 속도를 넘어가게 되면 베어링이 연결된 축이 조금만 흔들려도 베어링의 진동이 점점 더 커지면서 결국 베어링이 파괴되게 된다. 이 현상이 나타나는 원인을 직관에 의해 생각해 보았다.저널 베어링을 살펴보면 축 자체에 하중이 있는데 이 하중을 베어링 내부에 있는 오일의 압력으로 받쳐주는 것이다. 처음에는 유체에 충분한 압력이 있고 점성도 있어서 축이 처지지 않도록 받쳐주지만 이 축이 회전하고 그 회전속도가 점점 빨라지면 유체의 압력이 서서히 변화하게 된다. 실제 유동에서는 속도가 빨라지면 테일러 와동이 생기게 되며 이 유동 자체가 불안정한 유동이어서 유체가 밖으로 쏠리게 되는 현상이 더 심화된다. 이로 인해 압력이 중심으로 올수록 더 작아지고, 이 현상으로 유체가 축을 효과적으로 받쳐주지 못하게 된다. 속도가 점점 더 증가하면 유체가 밖으로 더 쏠리게 되고 압력이 약해져, 더이상 축을 받쳐주지 못하게 되어 축은 불안정해지고 저널 베어링은 파괴된다.4) BalancingImbalance는 회전하는 기계에서 가장 혼란을 많이 야기시키는 요소이다. 기계가 정확하게 균형을 맞추고 있는 것이 아니기 때문에 큰 크기의 진동과 소음을 동반하게 된다. 물론 기계의 수명 역시 단축하게 된다. 이런 이유로 인해 회전하는 기계는 제작 과정에서 균형이 맞도록 제작되어야 한다.Imbalance는 대개 축 자체에서 그 질량 중심이 축의 중심에 있지 않아서 생기게 된다. 일반적으로 복잡한 기계일수록 그 축이 길어서 공차들의 누적으로 인해 더 많은 Imbalance가 생기게 된다. Balancing의 목적은 이런 치명적인 Imbalance를 줄임으로서 기계의 품질을 높이고자 하는 데 있다.5) Spectrum주파수 특성은 통계적으로 시스템 입출력신호(힘)의 파우어 스펙트럼 그리고 시스 템 입출력신호에 의한 복소수량인 상호 파우어 스펙트럼으로 계산된다. 즉 다음식이 성립한다.{G(jw) ={ S_xy (jw)} over {S_xx (w)}상호 파우어 스펙트럼(cross power spectrum) {S_xy (jw)와 입력만의 파우어 시스템인 {S_xx (w)는 입출력 신호의 푸리에 변화인 {X(jw)및 {Y(jw)로부터 다음과 같이 구해진다.{S_xy (jw) = lim from { T -> inf } 1 over T [(Y_R cdot X_R + Y_I cdot X_I )+j(Y_R cdot X_I - Y_I cdot X_R )]{S_xx(w) = lim from { T -> inf } 1 over T [X_R ^2 + X_I ^2 ]{S_yy (w) = lim from { T -> inf } 1 over T [ Y_R ^2 + Y_I ^2 ]{X_R = INT _{ 0}^{T } x(t)cos(wt)dt,~ X_I = INT _{ 0}^{T } x(t)sin(wt)dt{Y_R = INT _{ 0}^{T } y(t)cos(wt)dt, ~ Y_I = INT _{ 0}^{T } y(t)sin(wt)dt정·여현파생기를 조절하여 선택된 임의의 주파수에서 각 관측시간 T에 대하여 4종류의 값을 계산한다. 즉 입력신호의 파우어 스펙트럼 {S_xx (w), 출력신호의 차우어 스펙트럼 {S_yy (w), 또한 평가의 경우에 유용한 {Re[S_xy (jw)]및 {Im[S_xy (jw)]로 나타내어지는 상호 파우어 스펙트럼의 실수부와 허수부를 계산한다.이 아날로그식 스펙트럼 해석 장치의 결점은 주파수 특성해석에 많은 시간이 걸린다는 것이다. 이 때문에 기계측정시에 진폭 및 위상특성을 직접 측정하는 것이 불가능하여 실용성에 문제가 있다.6) FFT(Fast Fourier Transform)일반적인 Fourier Tranform method는 {Theta(n^2 )의 수행시간이 걸리지만 이것을 Devide and Concur방식을 사용하는 DEF(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 수행시간을 {Theta(n logn)으로 줄이는 것이 가능하다.개략적인 알고리즘은 다음과 같다.Recursive-FFT(a)1 {n

공학/기술| 2002.05.19| 11페이지| 1,000원| 조회(735)

기계, 역학, 유체, 회전체, voltex

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