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공학 문제해결/유체역학

【유체역학】 풍동 모형실험 레이놀즈 상사성 문제풀이

"Study the past if you would define the future." - Confucius

"미래를 결정짓고 싶다면 과거를 공부하라." - 공자


안녕하세요. 이번 포스팅에서는 유체역학에서 레이놀즈 수 상사성에 대한 문제입니다. 레이놀즈 수를 적용하여 상사법칙을 풀이하는 문제는 아래와 같이 '유체 속'에서 움직이는 물체에 대해서 적용합니다. (자유표면의 경우에는 프루드 수를 적용해야합니다.)


[문제]
-일반기계기사 기출문제

자동차를 개발하여 풍동에서 모형실험을 하고자 한다. 원형 자동차는 50km/h 로 설계되었다면, 모형의 길이를 1/6로 축소하면, 풍동의 유속은 몇 m/s로 유지하여야 하나?


[문제풀이]

앞서 언급하였듯이, 이번 문제는 '풍동 속'에 존재하기 때문에 '유체 속'에서의 상사법칙을 만족하도록 모형을 제작해보자는 뜻입니다. 그래서 '유체 속'에서의 상사법칙을 만족시키기 위해 레이놀즈 수 상사성을 사용합니다. 즉,


위와 같이 레이놀즈 상사성을 이용하여 풀 수 있습니다. 이때, 레이놀즈 수를 구하는 공식은 당연히 암기가 되어있어야하고, '원형의 레이놀즈 수 = 모형의 레이놀즈 수'의 법칙을 이용하여 모형의 유속을 구할 수 있습니다. 마지막엔 km/h 를 m/s 로 단위변환해준 것이며, 길이는 모형의 길이를 l이라하면 문제에서 주어진 것처럼 원형은 6l로 표시할 수 있기 때문에 위와 같이 풀었습니다. 이상!