선박해양유체역학 과제(2)
À아래 각 문항의 답안을 작성하여 Smart-LMS의 과제 메뉴에서 제출하시오.
- 가능하면 pdf 파일로 제출할 것을 권장함(필수는 아님).
- 수기문서를 스캔하여 pdf 파일로 만들어도 되고, 사진을 찍은 경우 사진파일(jpg
등)을 전자문서 파일(hwp, doc 등)에 넣은 후 pdf 파일로 저장할 수 있음(참고).
1. 다음에 대해 각각 기술 또는 설명하시오.
(1) 비점성 유체에서 유체-고체 경계에서의 경계조건
(2) 물체가 유체 중에서 가속할 때 유체로부터 받는 관성력의 크기와 방향은? 동일한
물체가 물속에서 가속할 때와 공기 중에서 가속할 때 유체로부터 받는 이 관성력의
크기는 얼마나 다른가?
(3) 포텐셜 유동 비정상 Bernoulli 방정식의 항
를 Euler 방정식의 관련된 항으로부터
유도하는 과정을 쓰시오(다른 항들의 유도과정은 안 써도 됨).
(4) 물과 같은 비압축성 점성유체의 유동에 대한 수치해를 CFD로 풀고자 할 때 이용
하는 운동방정식과 연속방정식을 쓰시오. 이 때 무엇이 구하는 값인지도 밝히시오.
(5) 항력(drag)과 양력(lift)의 정의(항력계수와 양력계수로 무차원화 방법도 설명)
(6) 경계층 두께의 정의를 쓰시오. 경계층 배제(displacement)두께와 운동량
(momentum)두께 각각의 의미와 계산식도 쓰시오.
(7) 아래 날개에서 어느 방향으로 유체가 흐를 때 항력이 큰가? 그 이유는?
(8) 골프공의 표면은 거친 것이 유리한가? 프로펠러 날개의 표면은 거친 것이 유리한
가? 각 답의 이유도 밝히시오.
(9) 날개를 포함한 비행기의 형상과 영각 등은 동일하다고 가정할 때, 어떤 비행기가
짐을 많이 실어 무게가 40% 증가하면 이륙에 필요한 속도는 몇 % 증가되어야 하는
가?
(10) 실속(stall)현상의 설명(발생원인 포함)
2. 의 속도로 흐르는 밀도가 인 균일류 중에 반경 인 원통(2차원 원형 실린더)
이 놓여 있고, 이 원통 둘레에 순환이 인 자유와류의 유동이 더해져 있다. 이 유동
에 대한 속도 포텐셜을 적고, 이를 이용하여 실린더 표면에서의 동압력 적분에 의한
양력의 크기가 임을 계산과정을 포함하여 보이시오.
3. 직경이 이고 각각의 높이가 인 2개의 회전하는 원통형 rotor를 갑판위에 갖춘
Flettner rotor 추진선이 있다. 원통주위 순환(circulation)은 회전하는 원통 표면에서 점성유
1/2체의 점착조건에 의해 계산할 수 있다고 가정한다. 원통형 rotor의 회전 각속도가
sec이고 배에 대한 바람의 상대속도가 sec일 때, 2개의 rotor에서 발생하는
Magnus 효과에 의한 총 양력을 계산하시오. 단, 실제유동에서의 박리현상의 영향을 고려
하여 단위길이당 양력은 Kutta-Joukowski 정리에 의한 양력의 로 가정하시오.
(
)
4. 정지된 유체에서 반경 인 원통이 음의 축 방향으로의 속도로 이동하는 경우
(원통의 중심이 s표계의 원점을 지나는 순간으로 가정하며 시간변수는 생략)에 대한
경계치문제를 쓰고 더블렛의 속도 포텐셜이 해임을 보이시오. 이 포텐셜을 이용하여
원통의 부가질량이 배수질량의 100%가 됨을 계산과정과 함께 보이시오.
5. 옆 그림의 관 루프에 sec의 유속으로 팬이 공
기를 순환시키고 있다. 관의 직경은 이고 마찰계수
는
이며, 4군데
엘보에서의 손실계수는 각각
이다. 요구되는 이 팬의 동력(power)을 구하시오.
(
,
sec
,
∙
sec)
6. 반경이 a인 원통형 교각의 주위를 의 속도로 물이 흐르고 있다(아래 그림 참조). 원통
의 전반부는 이상유체의 흐름으로 근사할 수 있고, 박리현상으로 인하여 후반부의 평균압
력은 일정하고 점 압력의 1/2 이라고 가정할 때 물이 이 교각에 가하는 단위 길이당의
힘을 유체밀도 와 유속 , 원통반경 의 식으로 구하시오. 항력계수 도 구하시오.(마
찰항력은 무시)
7. 직경이
, 높이 인 원통형 깃대의 끝 구간에 세로 , 가로 인 깃
발이 달려 있다. 이 깃대에 허용되는 바닥에서의 최대 굽힘모멘트는
∙
이다.
깃대의 항력계수는 로, 깃발의 항력계수(깃발면적에 기초)는
로 가정하고, 이 깃
대가 견딜 수 있는 최대풍속을 구하시오.(=
)
8. 반지름이
이고 질량이 인 구를 해수 속에서 놓았을 때 다음에 답하시
오.(∇=
,
,
sec
)
(1) 초기속도 없이 놓을 때의 초기 가속도를 구하시오.
(2) 항력계수를
으로 가정하고 해저에 닿을 때의 속도를 종속도로 구하시오.
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