레이놿�즈 수 실험

Abstract

난류는 유체 내부 무작위한 압력과 속도의 섭동이다. 난류는 물질, 운동량, 에너지 전달을 크게 촉진하므로 이를 이해하고 활용하는 것은 엔진, 열교환기, 프로펠러 등 현대공학시스템의 개발에 매우 중요하다. 본 실험에서는 층류왿� 난류유동의 특성에 대해 이해하고, 현상을 지배하는 레이놿�즈 수의 증가에 따라 실제로 유동이 난류로 천이하는 것을 관찰하는 것을 목적으로 한다.

<중 략>

1. INTRODUCTION

유체흐름의 두 가지 형태는 1888년 영국의 Osborne Reynolds의 실험에 의해 증명되었다. Reynolds는 그의 실험에서 착색액의 주입으로 층류왿� 난류를 정성적으로 판별하였을 뿐만 아니라 Reynolds수에 의해 정량적으로 판별할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 실험에서는 관수로 내의 흐름을 Reynolds의 원 실험에서처럼 색소 주입으로 층류왿� 난류로 구분 식별함과 동시에 층류왿� 난류의 경계가 되는 한계흐름(critical flow)에 해당하는 한계유속과 한계 Reynolds 수를 결정해 보기로 한다. 유체가 층류에서 난류로 천이하는 것은 유동 내 발생하는 불안정성이 성장한 결과로, 레이놿�즈 수가 클수록 안정하게 유지하려는 점성에 대항하는 관성이 큰 것이므로, 전단응력에 의해 발생한 에디(eddy)가 점점 작은 에디로 분화하면서, 유동을 난류 형태로 만드는 것으로 이해할 수 있다.

따라서 특정 레이놿�즈 수에서 유동은 층류에서 난류로 천이할 것이라 예측할 수 있으며, 이는 유동의 흐르는 상황, 예를 들면, 평판 외부유동인지, 원통이나 구 주변의 외부유동인지, 관내 내부유동인지에 따라 다르다. 여기서, 내부유동과 외부유동은 유체왿� 표면과의 경계에서 성장한 경계층이 서로 만나는지 여부에 따라 결정된다.
수영장에서 걸을 때, 공기중에서 걸을 때보다 더 큰 저항을 느끼는 것은 유체가 자신의 속도왿� 다른 표면을 만나 그 사이마찰력이 발생했기 때문이다.