유체유동(유체경계층 / 속도경계층)

1 경계층(boundary layer)

 1) 정의

   - 유체가 유동할때 물체 표면 부근에 점성의 영향에 의해 생긴 얇은층.

 2) 특징

   - 경계층 내에서는 점성의 영향이 크다.

   - 경계층 외에는 비점성유동이다.
 3) 속도경계층(velocity boundary layer)

   - 평판위에서 유체의 점성에 의하여 나타나는 점성 전단력이 효과가 미치는 두께까지의 영역.

   - 일반적으로 경계층 두께는 u = 0.99V 가 되는 표면으로부터의 y거리로 정의한다.

     * 아래 평판위의 유동은 u=0.99V가 되는 가상의 선을 영역으로 나눈다.

     * 경계층영역(boundary layer region) : 점성의 영향과 그에 따른 속도변화가 크게 나타난다.

     * 비회전유동영역((irrotational flow region) : 마찰의 효과가 무시될 정도이고 속도가 변화하지 않는다.

 

2 경계층의 거동

 1) 개념도

 

 

 2) 상세

   - 경계층 상부는 비점성유동으로 유속이 최대가 된다.

   - 층류 / 천이 / 난류로 구성된다.
   - 난류경계층은 벽면으로부터 거리에 따라 영역이 나뉜다.

     * 점성저층(viscous sublayer)

     * 완충층(buffer layer)

     * 중복층(overlap layer)
     * 난류층(turbulent layer)
   - 층류에서 난류로 변하는 천이는 표면형상, 표면조도, 상류속도, 표면온도, 유체종류와 관련있다. 레이놀즈수로 잘 해석된다.
   - 마찰계수의 계산

     * 층류유동 : 질량과 선형운동량보존식으로 이론적 계산가능, 레이놀즈수와 관계됨. 표면조도의 영향은 받지 않음.

     * 난류유동 : 실험적으로 구하며 경험식으로 나타냄. 레이놀즈수와 상관없이 표면조도에 의존한다.