“When I meet God, I am going to ask him two questions: why relativity and why turbulence? I really believe that he will have and answer for the first.”
- 양자역학의 아버지 베르너 하이젠베르크 (Werner Heisenberg)
그 만큼 난류해석이 어렵고 무질서 하다는 의미.
주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 난류의 예 담배연기 - 층류에서 어느 순간 갑자기 난류로 바뀜 (사실 유체역학적 정의로서 담배연기 흐름은 난류가 아님.)
일상생활의 대부분은 난류 > 85% 정도?
유체역학 관련 용어 정리
유체의 정의
액체 또는 기체상의 물질
흐르는 물질에 아주 작은 전단력이라도 작용하기만 하면 연속적으로 영구변형이 일어나 흐르는 물질
유체와 고체의 차이점 (전단응력이 작용할때)
고체: 탄성 한계 내의 전단응력이 작용하는 경우 전단력을 제거하면 원래의 형태로 복원됨.
유체: 전단력이 작용하기만 하면 영구변형되어 흐르고, 전단력을 제거해도 원래의 형태로 되돌아 오지 않는다.
유체와 고체의 공통점(압축응력이 작용할때)
유체도 고체와 마찬가지로 탄성을 가짐.
압축응력을 가하면 부피가 감소하고, 압축응력을 제거하면 원래의 형태로 되돌아 온다.
- 용어: 응력 (응력,전단응력,레이놀즈응력,점성응력)
유체역학 용어정리 - 응력,전단응력,레이놀즈응력,점성응력
전단(Shear) 전단 (자르다, 큰 가위, shear) = 층밀림. 물체의 어떤 단면에 평행으로 서로 반대방향인 한 쌍의 힘을 작용시키면 물체가 그 면을 따라 미끄러져서 절단되는 것을 전단 (또는 층밀리기)
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뉴턴유체
전단응력과 전단변형률의 관계가 선형적인 관계, 그 관계 곡선이 원점을 지나는 유체.
그 비례 상수가 바로 점성 계수(viscosity coefficient)
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뉴턴 유체 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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비뉴턴유체
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비뉴턴 유체 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전
비뉴턴 유체(non-Newtonian fluid)는 뉴턴의 점성 법칙, 응력과 무관한 즉 일정한 점도를 따르지 않는 유체이다. 비 뉴턴 유체에서 점도는 힘이 가해지는 정도에 의해 더 액체 또는 더 고체로 변할 수
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유체역학 관련 법칙과 방정식
질량보존
선운동량보존
각운동량보존
열역학 1,2법칙
상태방정식
구성방정식(constitutive relation between stress and velocity gradient)
경계층 흐름
경계층 (boundary Layer): 고체의 경계가 유체의 흐름에 영향을 미치는 영역
점성흐름 (viscous flow): 경계층에서 발생하는 흐름
유체역학의 해석방법
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.
전산유체역학
유체의 특성을 분류하는 이유: 복잡한 유동에서 무시할 수 있는 변수를 제거하여 단순하게 문제를 해석, 해결하기 위함.
복잡한 유동은 컴퓨터를 이용해서 해석하는 데, 이를 전산유체 역학 (Computational Fluid Dynamics, CFD)라고 함.
Naiver-Stokes equation (2계 비선형 편미분방정식): 유체역학에서 베르누이 방정식과 함께 가장 유명한 식.
이 식은 해석해를 구할 수 없기에, 수치해석으로 근사해를 구함.
CFD는 풍동실험보다 비용면에서 저렴하나, 오류/오차가 발생하기 쉽다.