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설계지식-열&유체&엔진/유체역학(기본)

[유체역학 기본개념-1-2]-유체의 점성, 개념과 이해

by Jormungand 2022. 4. 11.
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이번에는 유체의 점성을 이해하기 쉽게 설명하는

포스팅을 하겠습니다.


※ 이번 포스팅의 소제목 내부링크

1. 점성에 대한 고찰

2. 점성이란?

3. 유체의 전단응력 공식 의미

4. 유체의 유동 개념 이해(링크)


 

1. 점성에 대한 고찰

유체에서

점성은 유체 내에서 유체의 흐름을 방해하는 정도를 나타냅니다.

유체가 흐를 때 자체적으로 무언가 운동을 방해하는 게 있다고 보면 됩니다.

그림으로 설명하겠습니다.

(그림 1번)

어떤 유체가 있다고 가정하고 오른쪽으로 흐른다고 하겠습니다!

(그림 2번)

바닥에 가까운 유체입자는 많이 이동못했고,

바닥에서 멀리 떨어질 수록 유체입자가 이동한 거리는 증가하였습다.

유체입자는 바닥에서 접촉하지 않는 위치에 있으면 바닥과의 마찰이 작용하지 않고

바닥과 접촉하는 입자보다 속도가 더 빠르다 라는 것은 알겠습니다.

그런데

중간위치에서의 속도는 바닥과 접촉하지도 않는데 왜 위에보다 속도가 줄었을까요?

(그림 3번)

즉, 가운데입자는

맨 위의 입자와 아래의 유체입자 사이의 어떠한 힘 때문에 속도가 감소했다고 볼 수 있습니다.

맨 위입자도 마찬가지(작용반작용), 아래입자의해 어떤 힘이 작용한다고 볼 수 있습니다.

 

 

2. 점성이란?

"유체 자체, 즉, 유체 내, 유체입자들끼리 마찰

또는 저항 혹은, 입자간의 인력 등 으로 인해

유체의 유동을 방해하는 것" 이라고 볼 수 있습니다!

그림 3번을 보면

유체 입자간 서로 마찰, 운동방향,  또는 하중방향으로 힘이 작용합니다!

이는 재료역학에서 전단응력과 유사합니다!!

즉 저 영역을 고체로 본다면, 전단응력이 작용하는 것으로 볼 수 있습니다.

유체도 마찬가지로 전단응력이 작용한다고 볼 수 있습니다.

 

 

3. 유체의 전단응력 공식 의미

따라서, 

유체의 전단응력은 아래의 공식과 같습니다.

3

공식에서, 저기서 du/dy가 나왔습니다.

점도가 같을 때,

그림 2번에서 기울기가 완만할 수록 유체의 전단응력은 커집니다.

또한, 점도는 전단응력이 같다면, 위에 입자가 속도가 느릴수록(기울기가 x기준으로 가파를수록) 

점도가 크다고 볼 수 있습니다.

그리고 절대점도는 온도에 따라 다르며,

기체와 액체인 경우 각각 점도의 온도함수가 각각 다르니 주의해야합니다!

기체의 점도는 온도가 클수록 점도가 커지고

액체의 점도는 온도가 클수록 점도가 작아집니다!

전단응력 단위는 압력단위이고 du/dy 아니까, 점도 단위를 자연적으로 알 수 있습니다.

(이거 이해 안되면, 고등학교 수학 수2부터 다시 공부하길 추천한다.)

그리고

동점도 계수는 점도를 밀도로 나누는데, 점도 단위와 밀도단위를 연산을 하면

면적/시간 이 나옵니다.

즉, 동점도는 유체의 끈끈함, 저항을 표현하기 보다

유체의 종류(기름, 물, 등..)에 따라 유체의 유동을 보여주는 지표로 보면 됩니다.

유체의 밀도로 나누었다는 것은 밀도는 보통 물질의 고유값이므로

물질의 특성 당 무언가 표현한다는 값을 나타낸다고 생각 할 수 있습니다.

 

 

다음 포스팅은 "유체의 유동"에 대해 설명하겠습니다.

 

 

4. 유체의 유동 개념과 이해(링크)

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유체의 유동별 개념을 쉽게 설명하는 내용입니다.

링크에 접속하여 공부하시는 것을 추천드립니다.

 


 

앞으로도 엔지니어에게 좋은 지식과 정보를 이해하기 쉽게  포스팅하겠습니다. (By. 요르문간드)

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