Reynolds Number 예비레포트 [A+]

1. 실험 목적
Reynolds Number의 개념과 유체 흐름 형태에 대해 이해하고, Reynolds Number에 따른 유체 흐름 형태를 구별할 수 있다. 어떤 상황에서 압력 강하가 발생하는 지 알 수 있고, 유체 흐름에 따른 압력강하의 크기를 알 수 있다. 실험을 통해 유체가 관을 통하여 흐르는 모양을 관찰할 수 있고, 이를 통해 그 유체 흐름이 층류, 전이영역, 난류 중 어느 것에 해당하는지 알 수 있다. 또한, 각 흐름에서 레이놀즈 수를 구해보고 유속을 구할 수 있다.

2. 바탕 이론
(1) 유체(fluid)
일반적으로 유체(fluid)는 형상이 정해지지 않아 변형이 쉽고 흐를 수 있는 물질을 말한다. 유체는 액체왿� 기체, 플라즈마까지 통틀어서 부르기도 한다. 유체역학에서 유체는 전단응력(shear stress)이나 외부 힘(external force)이 작용할 때, 연속적으로 변형되는 물질을 의미한다. 여기서 전단응력은 물체의 표면에 평행한 방향으로 작용하는 응력을 말한다. 유체는 점성과 압축성을 기준으로 각각 분류할 수 있다.
유체는 점성을 기준으로 뉴턴성 유체(Newtonian fluid), 비뉴턴성 유체(Non-Newtonian fluid)로 분류할 수 있다. 먼저, 뉴턴성 유체는 전단응력과 변형률이 비례하는 유체를 말하며 변형률의 크기에 관계없이 일정한 점도를 나타내기 때문에 점성유체(viscous fluids)라고도 한다. 또한, 뉴턴성 유체는 뉴턴의 점성 법칙(Newton’s law of viscosity)을 따르는 유체인데, 이때 뉴턴의 점성 법칙은 흐름의 각 점에서 유체의 점성으로 인한 전단응력은 전단 속도에 비례하고, 전단 속도를 감소시키는 방향으로 전단응력이 작용한다는 법칙을 말한다.

Figure 1. 뉴턴의 점성 법칙(y 방향의 흐름이 있고 속도 v가 x 방향으로 변화하고 있을 때, 넓이 s의 소평면에 작용하는 점성력을 나타냄)