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유체역학
정지 또는 운동상태의 유체의 거동 (behavior of fluid) 를 다루는 과학
유동 (flow)
유체가 흘러 움직이는 것
유동을 발생시키는 가장 기본적인 조건: 압력차.
예) 물은 높은 곳에서 낮은 곳으로. If 압력차가 없으면, 유체는 정지.
점성/비점성
비점성 유체(inviscid flow)
- 비점성: 실제 존재 안하는 이상적인 개념. 유체의 점성으로 인해 운동량 확산(momentum transfer)와 마찰이 존재.
점성이 없는 것으로 (이상적으로) 가정. 이상적인 유체
흐름을 횡단하는 운동량, 열, 질량의 전달과 혼합이 존재하지 않음.
이류에 의해 수송만 됨
점성효과는 무시되고, 비난류로 간주
비점성흐름은 두 층간이 서로 마찰이나 drag가 없어 미끄러지듯 움직이고, 지표면 경계에서도 마찬가지. 결과적으로 움직이는 인접한 층 사이에 운동량, 열, 질량의 이동과 혼합은 존재하지 않고, 단지 이류를 통해 유선을 따라서 움직인다.
점성 유체 (viscous flow)
- 점성: 변형에 대한 유체의 내부저항의 측정치로 사용되는 분자 성질. 꿀. 쉽게 떨어지지 않고, 즉 입자사이 마찰이 큼. 유체에는 항상 마찰이 존재.
점성이 있는 흐름.
미끄러짐이 없는 경계조건 (z=0에서 u=0)을 가짐.
경계층은 유체 점성에 의해서 발생하는 현상
경계면에서 적용할 수 없으나, 경계면에서 멀어지게 되면 유체점성을 무시할 수 있다.
비점성 흐름 모델은 지구물리학과 공학응용에서 사용되고, 실제와 유사한 결과를 보여준다.
정상/비정상 상태
정상상태: 시간에 따른 상태량의 변화이 일정하게 유지됨. 즉, 시간에 따른 변화=0
비정상상태: 비선형미분방정식을 풀어야 됨.
내부/외부 유동
내부유동: 파이프와 같이 어떤 물체의 경계선에 의해서 유동이 한정되는 것. 경계층이 성장하다가 일정해짐.
외부유동: 날개 주변 유동과 같이 최소 한 부분의 경계가 없는 유동. 경계층이 무한히 성장함.
압축/비압축성
비압축성 유동: 밀도를 상수로 취급. 실제 유동 아님. 가장 가까운 유체는 물.
압축성 유동: 밀도를 하나의 변수로 간주
층류
매끄럽고 규칙적이고 느린 운동으로 특성화됨
층을 횡단하는 성질의 혼합과 전달이 거의 없음
인접층이 서로 미끄러지기 때문에 층을 횡단하는 혼합과 이동은 거의 없다.
- 비점성흐름과 구별: 비점성흐름은 층류와는 달리 층 간의 운동량, 열, 질량의 이동이 발생.
층류는 Re수가 적고(=점성이 큼), 난류가 될 수록 Re 수가 커짐 (=관성력이 큼) (즉, 층류에서는 입자가 섞이지 않는 이유는 점성력이 관성력보다 크기 때문. 난류에서는 관성력이 크므로 마구 섞임. )
난류
불규칙, 무작위, 3차원형태이고, 확산(혼합)적인 운동이다.
•대부분의 흐름은 난류. But, 3차원 소규모 난류. 2차원 (대규모) 난류는 구별해야!!
•시/공간의함수로서 정확히 계산/예측될 수 없다. 따라서 난류의 평균적인 통계 특성을 다룰수 밖에 없다.
난류 기술 (description)
Lagrangian description: 유체는 운동하는 수많은 입자로 구성된 것으로 가정 (미시적관점)
Eulerian description: 개별분자 운동은 무시하고, 연속체 (continuous medium)으로 가정 (거시적 관점), 다루기 더 편하다.
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