풍동실험 예비보고서 - 열유체공학씄험

☞ 경계층 박리 이론
<경계층>
점성이 작은 유체의 경우 충분히 떨어진 영역에서는 점성이 없는 이상적인 유체를 제외하고는 물체의 표면 바로 근처에서는 점성을 완전히 무시할 수가 없다. 표면 위의 유동장에서 점성을 무시할 수 없는 영역을 경계층이라고 한다. 일반적으로 Re가 큰 흐름에서는 점성을 무시할 수 없는 경계층 두께가 극히 얇은데, 이 경우에 점성의 영향은 얇은 경계층의 내부에서만 고려하고, 바깥쪽에서는 완전유체로 가정한다.
<박��>
유동 박리의 수학적인 설명은 Prandtl의 경계층 이론을 사용한다. 그림은 원형 실린더 주위의 유동 양상과 속도 분포이다. 그림에서 표시한 바왿� 같이 경계층 내에서는 표면에 수직인 방향으로의 속도변화가 매우 급격하다.(물체 표면에서 속도 구배가 매우 큰, 얇은 지역을 경계층이라 부른다.) 경계층의 두께는 점성계수가 낮을수록 또는 Re가 클수록 얇아진다. 그런데 경계층 내에 있으면서 원주 표면에 매우 가까이 있는 유체입자는 원주왿�의 마찰 작용으로 인하여 운동에너지를 상실하기 때문에 어느 지점에 도달하면 속도가 0이 되어버리고 더 이상 원주 표면을 따라가지 못한다. 이 점이 박리점이다. 박리점에서 유선은 원주 표면으로부터 이탈하고 그 뒤에는 후류가 형성된다. 후류 내의 유동은 무질서하며 혼돈적이지만 매우 느리다. 따라서 후류 지역에 접하는 원주 표면의 압력은 박리점에서의 낮은 압력을 그대로 유지하고 또한 그 분포가 균일하다.
박리점 앞 쪽에 있는 얇은 지역 즉 경계층은 낮은 Re에서 층류상태를 유지한다. 그리고 Re가 증가하면 박리점은 앞 쪽으로 이동하여 결국에 가서는 박리점의 각도 는 90°보다 작아진다. Re가 더욱 증가하면 경계층 유동은 난류로 바뀌면서 박리점은 다시 뒤로 이동한다. 박리점이 뒤로 이동하면 후류 지역이 작아지며 이에 따라 후류의 압력은 더욱 증가한다. (비점성 해석 결과에 보다 더 가까이 가는 것이다.) 이에 따라 항력은 감소한다고 볼 수 있다