이 유동에서는 마찰에 의한 손실이 지배적이라 결론지었다. 마지막으로 무차원화의 중요성은 차원을 없애 값의 비교의 용의성도 있지만, 본 실험에서는 상대적으로 무차원화를 안하면 정압수두보다 동압수두의 값이 너무 작다.
Ⅱ. 실험 2
1. 실험개요
풍동(Wind tunnel)이란 특정 물체의 모형을 정지한 상태에서 측정 장치에 설치하고 모형에 바람을 불어 그 물체에 작용하는 공기역학적 특성을 이해하기 위하여 만든 터널이다.
2. 실험목적
본 기기는 베르누이 방정식을 이해하기 위한 실험 장치로서, 베르누이방정식은 유속 및 유량의 측정, 관로유동 해석등 유체역학과 관련된 대부분의 문제를 해결하는데 출발점이 되는 기본 방정식이다. 본 실험의 목적은 베르누이방정식 및 이와 관련하여 유체유동 중에 일어나는 에너지 손실, 다시 말하면 역학적 에너지 손실 등에 대한 개념을 이해하는데 있다.
3. 실험장치
▶ 키엘 프로브(Kiel Probe)
- 전압측정, 피토관에 비해서 유동각 변화에 대해 덜 민감.
▶ 피토 관(Pitot Tube)
- 전압 및 정압 측정, 유동속도를 측정하기 위해 사용되는 압력 측정기기
4. 실험이론
이상 유동에서 유선 방향의 Euler 방정식은 다음과 같다.
(1)
만일 한 유체 입자가 유선을 따라 거리 ds만큼 이동한다면
(s를 따른 압력 변화)
(s를 따른 고도 변화)
(s를 따른 속도 변화)
따라서 식 (1)에 ds를 곱한 후 정리하면 다음 식을 얻을 수 있다.
이 식을 적분하면
만약 유체가 비압축성 유동과 같은 특별한 경우(ρ=일정), 위 식은 Bernoulli 방정식이 된다.

또 이 식이 유체 구성요소(Fluid element)마다 일정하다는 것에서
가 성립한다. 위의 방정식의 제한조건은 정상유동, 비압축성 유동, 유선을 따른 유동을 만족해야 한다는 것이다.
식 을 g로 나누면
(제한조건 : 정상유동, 비압축성유동, 유선을 따르는 운동, 비점성유동)
위 식을 아래와 같이 정리하면,
①
① 식을 정리하여,
②
최종적으로 을 얻을 수 있다.
(SG=0.87이므로 ρ = 870kg/m³ , ρ(air) = 공기의 밀도, 실내온도 : 21.4℃)
5. 실험방법
압력계를 수평으로 조절
Kiel Probe를 각도 조절 장치에 고정하고 풍동 출구 중앙에 위치
소형 풍동 가동. 이때, 액주계를 관찰하며 풍동 유속 세팅
(※액주계의 지시액이 역류하지 않도록 주의)
각도를 바꿔가면서 압력계의 수치 기록
압력값이 급격하게 변하는 구간(지시액이 0을 가리키는 시점)까지 측정. Kiel Probe를 Pitot Tube으로 교환하고 동일 실험 반복
각도변화에 따른 Kiel Probe와 Pitot Tube으로 측정된 전압 변화 테이블 및 그래프 정리
각 경우에 대한 유속 그래프(Kiel Probe의 경우 정압은 대기압으로 가정) 작성
7. 결론 및 고찰
본 실험은 두 시험기기에 측정 범위와 한계에 대한 실제 수치를 구하는 것과 기기의 차이점을 통한 이용용도에 이해해 있는데, 실제로 실험에서 두기기의 특징이 확연히 들어났다. 우선 전압 변화 테이블을 보면, 측정이 불가한, 즉 값이 0이 되는 부분에 각이 Kiel probe는 약 이었고, Pitot tube는 약 로 크게 차이가 났다. Kiel probe가 Pitot tube보다 더 넓은 측정 범위를 가지고 있었다. 덕분에 유속변화 테이블에서 Kiel probe가 속도에서 최하 값을 보면 Pitot tube보다 더 낮은 값까지 측정이 가능했다. 하지만 정밀도 면에서 Kiel probe는 속도에서 -40~ +30 까지 같은 값을 나타내어 Pitot tube보다 훨씬 값의 변화에 대한 예민함이 낮았다. 실험을 통해서 겉으로만 봤을 때 실험기기로 측정범위가 넓어서 측정하기 용이한 입구구멍이 큰걸 무조건적으로 쓰지 않는 이유를 알았다.
본 실험에서 또 한 가지 확인할 것이 절댓값이 같은 (+)각과 (-)각에서의 값의 비교인데 본 실험은 전혀 일치 하지 않았다. Kiel probe에 에서 24.74% 까지 값 차이가 났다. 실험기기 설치 시에 지면에 대한 수직각을 재대로 맞추지 못한데 가장 큰 원인이 있고, 지면자체도 0라고 보기 힘들다. 더불어 소형 통풍기에 유동이 실제로 정상유동이 아닐 가능성도 생각해 보았다.
6. 실험 결과
<전압 변화테이블 및 그래프>
Angle
[Degree]
Kiel probe
[mmH2O]
Pitot tube
[mmH2O]
-70
0 ()
-65
13.5
-60
27.5
-55
29.5
-50
30
-45
31
-40
31.5
-35
31.5
0
-30
31.5
16
-25
31.5
22.5
-20
31.5
26.5
-15
31.5
29.5
-10
31.5
31
-5
31.5
31.5
0
31.5
31.8
5
31.5
31.8
10
31.5
31.5
15
31.5
31
20
31.5
29.7
25
31.5
27.5
30
31.5
23.5
35
31.5
0
40
31.3
45
31
50
28
55
22.2
60
20.5
65
16
70
0
<유속변화 테이블 및 그래프>
Angle
[Degree]
Kiel probe
[mmH2O]
Pitot tube
[mmH2O]
-70
0
-65
13.95673
-60
19.91971
-55
20.63136
-50
20.80546
-45
21.14938
-40
21.31926
-35
21.31926
0
-30
21.31926
15.19416
-25
21.31926
18.01806
-20
21.31926
19.55418
-15
21.31926
20.63136
-10
21.31926
21.14938
-5
21.31926
21.31926
0
21.31926
21.42054
5
21.31926
21.42054
10
21.31926
21.31926
15
21.31926
21.14938
20
21.31926
20.70117
25
21.31926
19.91971
30
21.31926
18.41411
35
21.31926
0
40
21.25147
45
21.14938
50
20.09999
55
17.89754
60
17.19862
65
15.19416
70
0