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제안 방법
- 앞서 강수진 등의 연구에서는 평판 위 유동 방향의 한 일직선상에서의 전단응력분포가 측정되고 분석된 반면, 본 연구에서는 오일막 표면의 간섭 영상으로부터 이차원 오일막 방정식을 해석함으로서 임의 영역에 걸친 전단응력의 이차원분포의 측정이 시도되었다. 이를 위하여 FISF 측정법이 평판 위에 수직으로 놓여진 원통 전방 박리 유동에 적용되었다.
- 오일막간섭영상을 이용하여 시험부 표면에 있는 오일막두께의 국소 기울기를 얻어내고 이를 오일 윤활이론을 적용하여 전단응력의 분포를 얻어내었다. 오일막 두께분포를 평가하는데 선형연결법을, 오일막 방정식을 푸는데 반복계산법을 사용하여, FISF 측정법을 평판 위에 수직으로 설치된 원형실린더 주위 박리영역 전방에 적용하였다.
- 따라서 풍동작동 후 시험부에 정상유동이 나타나는데 걸리는 시간이 검증될 필요가 있다. 이를 위하여 평판 앞전에서 500 mm 떨어진 풍동 시험 부 중앙에 설치된 열선(KanomaxlOlO)의 시간에 따른 신호 변화가 관찰되 었으며, 그 결과가 Fig.4에 나타나 있다. Fig.
- 시험부 내에 설치된 평판은 두께 12 mm, 폭 250 mm, 길이 1000 mm인 아크릴이며 앞전은 날카롭게 가공되었다. 평판 앞전에서 30 mm 떨어진 곳에 tripping wire(직경 1 mm)가 설치되어 후방 측정 위치에서 완전발달 된 난류경계층이 형성되도록 하였다. 측정위치인 평판의 중앙부에는 오일 막을 통과한 빛이 잘 반사될 수 있도록 사포와 액상 연마제를 이용하여 표면처리를 한 스테인레스스틸판이 삽입되어 있다.
대상 데이터
- 아울러 Eq. 2에 나타난 시간에 대한 차분 을계 산하기 위하여 풍동작동 후 " = 180 초와(2 = 240 초에서 얻어진 오일막의 간섭 영상이 사용되었다.
- Figure 2 에서 나타난 바와 같이 본 실험에서 사용된 FISF 장치는 광원, 오일막, CCD 카메라 (Pulnix, TMC-74, 768><493) 그리고 영상처리장치 (PC, VCR) 등 크게 네 가지로 구성되어 있다. 단파장 광원은 저압 나트륨등(파장 = 59Qnm, 25 旳이 사용되었으며, 광원에서 나온 빛은 간유리를 지나 실험부의 위 유리판을 거의 수직으로 (카메라 각도=3) 통과하여, 일부는 측정부위의 오일막 표면에서 직접 반사되고 또 일부는 오일 막을 통과한 후 평판 표면에서 반사하게 된다.
- 있다. 단파장 광원은 저압 나트륨등(파장 = 59Qnm, 25 旳이 사용되었으며, 광원에서 나온 빛은 간유리를 지나 실험부의 위 유리판을 거의 수직으로 (카메라 각도=3) 통과하여, 일부는 측정부위의 오일막 표면에서 직접 반사되고 또 일부는 오일 막을 통과한 후 평판 표면에서 반사하게 된다. 이러한 두 가지 서로 다른 반사경로에 따른 빛의 위상차로 인하여 오일막 표면 위에 간섭 영상이 형성되게 된다(Fig.
- 본 연구에 사용된 풍동은 개방송출형으로, 시험 부의 폭과 높이는 각각 250 mni이며 길이는 1200 mm이다. 시험부에서의 공기의 속도는 25 林이며, 시험부 윗면은 외부에 설치된 광원으로부터 나오는 빛이 통과될 수 있도록 10 mm 두께의 강화유리판으로 구성되어 있다.
- 적용되는 오일의 선택이 중요하다. 본 연구의 경우에는 점도의 선택 폭이 넓고 표면장력과 증기압이 상대적으로 적은 Dow-Corning Fluids 200 실리콘 오일이 선택되었다. 사용되는 오일의 온도에 따른 점성계수의 변화는 디지털 점도계 (Blookfield-DVl)를 이용하여 직접 측정되었으며, 그 결과가 Fig.
- 시험부에서의 공기의 속도는 25 林이며, 시험부 윗면은 외부에 설치된 광원으로부터 나오는 빛이 통과될 수 있도록 10 mm 두께의 강화유리판으로 구성되어 있다. 시험부 내에 설치된 평판은 두께 12 mm, 폭 250 mm, 길이 1000 mm인 아크릴이며 앞전은 날카롭게 가공되었다. 평판 앞전에서 30 mm 떨어진 곳에 tripping wire(직경 1 mm)가 설치되어 후방 측정 위치에서 완전발달 된 난류경계층이 형성되도록 하였다.
- mm이다. 시험부에서의 공기의 속도는 25 林이며, 시험부 윗면은 외부에 설치된 광원으로부터 나오는 빛이 통과될 수 있도록 10 mm 두께의 강화유리판으로 구성되어 있다. 시험부 내에 설치된 평판은 두께 12 mm, 폭 250 mm, 길이 1000 mm인 아크릴이며 앞전은 날카롭게 가공되었다.
- 측정은 Fig. 1에 나타난 바와 같이 원통 앞에 형성되는 한계유선(limiting streamline)의 전반부에 한정하였다.
데이터처리
- 여기서 오일막의 두께를 얻어내는 과정에서 Zilliac[6]이 제안한 선형연결법이 사용되었다. 실험에서 관찰된 전단응력 분포는 유사한 유동조건에서 얻어진 과거 다른 측정기법을 이용하여 얻어진 실험결과 및 수치 결과와 비교분석 되었다.
이론/모형
- 반면에 Zilliac이 제안한 선형연결법[6]과 Garrison 등⑸의 반복계 산법 을 활용한 경우는 최 대오차 약 8% 정도로 상대 적 으로 낮은 측정 오차를 보이고 있다. 따라서 후자의 방법이 본 연구의 이차원응력분포 측정 에 활용되었다.
- 본 연구의 주목적인 임의 영역에 걸친 표면 전단응력의 이차원(X, z) 오일막 두께분포를 얻어내기 위하여 Zilliac[6]이 제안한 오일막 두께의 선형연결법이 사용되었다. Zilljac이 사용한 이차원 오일 막 방정식은 오일막 방정식에 나타난 압력과 중력에 의한 영향이 표면전단응력보다 매우 작다고 하여 무시하면 다음 Eq.
- Figure 8에서 FISF 실험결과는 Dargahi의 실험결과와 비교하여 20% 이상 낮은 분포를 보이고 있으나, 수치해석 결과와는 매우 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 앞서언급한대로 Dargahi의 연구에서, 전단응력은 경계층의 벽법칙에 근거한 Clauser 플롯을 활용하였으며, 그 방법이 실린더 전방 새들점 근처에서 나타나는 정체유동에서 약간의 측정오차를 나타낸 것으로판단된다.
- 2를 풀기 위한 입력조건으로 이미 얻어진 h(x, z, t=ti), h(x, z, t(x=오일막 앞전, z), t(x, z=0), Y(x, z)이며, 해석결과 이차원 전단응력분포 x(x, z)가 얻어진다. 여기서 h(x, z, t= 4), h(x, z, tf)는 풍동작동 후 0=180 초와 f2=240 초에서 얻어진 오일막 간섭영상을 선형연결법을 이용하여 구하였다. 원통 중심선을 따라 얻어진 일차원 응력분포 Tfc z=0)는 원통 중심선을 사이로 좌우유동이 서로 대칭이라는 사실을 이용하여 일차원 계산법인 반복계산법 [3]을 사용하여 구하였다.
- 이를 위하여 FISF 측정법이 평판 위에 수직으로 놓여진 원통 전방 박리 유동에 적용되었다. 여기서 오일막의 두께를 얻어내는 과정에서 Zilliac[6]이 제안한 선형연결법이 사용되었다. 실험에서 관찰된 전단응력 분포는 유사한 유동조건에서 얻어진 과거 다른 측정기법을 이용하여 얻어진 실험결과 및 수치 결과와 비교분석 되었다.
- 오일막간섭영상을 이용하여 시험부 표면에 있는 오일막두께의 국소 기울기를 얻어내고 이를 오일 윤활이론을 적용하여 전단응력의 분포를 얻어내었다. 오일막 두께분포를 평가하는데 선형연결법을, 오일막 방정식을 푸는데 반복계산법을 사용하여, FISF 측정법을 평판 위에 수직으로 설치된 원형실린더 주위 박리영역 전방에 적용하였다. 실험에서 관찰된 전단응력 분포는 유사한 유동조건에서얻어진 과거 실험 및 수치결과와 비교분석 되었으며, 측정된 전단응력 분포는 수치결과와 매우잘 일치하나 다른 실험결과보다 20% 이상 낮게나타나는 것이 관찰되었다.
- 여기서 h(x, z, t= 4), h(x, z, tf)는 풍동작동 후 0=180 초와 f2=240 초에서 얻어진 오일막 간섭영상을 선형연결법을 이용하여 구하였다. 원통 중심선을 따라 얻어진 일차원 응력분포 Tfc z=0)는 원통 중심선을 사이로 좌우유동이 서로 대칭이라는 사실을 이용하여 일차원 계산법인 반복계산법 [3]을 사용하여 구하였다. 해석에 필요한 각 node 점에서의 유선 방향 X(X, z)는 잉크-점 유막법을 통하여 얻어졌다.
- 측정이 시도되었다. 이를 위하여 FISF 측정법이 평판 위에 수직으로 놓여진 원통 전방 박리 유동에 적용되었다. 여기서 오일막의 두께를 얻어내는 과정에서 Zilliac[6]이 제안한 선형연결법이 사용되었다.
- 원통 중심선을 따라 얻어진 일차원 응력분포 Tfc z=0)는 원통 중심선을 사이로 좌우유동이 서로 대칭이라는 사실을 이용하여 일차원 계산법인 반복계산법 [3]을 사용하여 구하였다. 해석에 필요한 각 node 점에서의 유선 방향 X(X, z)는 잉크-점 유막법을 통하여 얻어졌다.
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