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▶ 유체역학을 다루는 포스팅
3. 축소, 확대 노즐에서의 흐름 (Flow in Converging and Diverging Nozzles)
3.1) 축소 노즐 (Converging Nozzle)의 흐름
축소 노즐은 유체의 속도를 증가시키고, 압력을 감소시키는 데 사용됩니다. 특히 압축성 유체의 흐름에서 중요합니다.
3.1.1) 축소 노즐의 작동 원리
- 유체가 노즐을 통과하면서 단면적이 감소함에 따라 유체의 속도가 증가합니다.
- 베르누이 방정식에 따라 속도의 증가는 압력의 감소를 가져옵니다.
3.1.2) 손실 고려
- 실제 노즐에서는 마찰과 난류로 인한 손실이 발생할 수 있습니다.
3.2) 확대 노즐 (Diverging Nozzle)의 흐름
확대 노즐은 유체의 압력을 증가시키고 속도를 감소시키는 데 사용됩니다.
3.2.1) 확대 노즐의 작동 원리
- 유체가 노즐을 통과하면서 단면적이 증가함에 따라 유체의 속도가 감소합니다.
- 베르누이 방정식에 따라 속도의 감소는 압력의 증가를 가져옵니다.
예제 문제 및 풀이
예제 1 (축소 노즐)
문제: 직경 0.05m의 파이프에서 0.02m의 축소 노즐로 유체가 흐를 때, 노즐 출구에서의 유체 속도를 계산하시오. 유체의 속도는 파이프에서 3m/s입니다.
풀이: 베르누이 방정식과 연속 방정식을 사용하여 속도를 계산합니다.
\( v_2 = v_1 \frac{A_1}{A_2} \)
\( A_1 = \pi \times (0.05/2)^2, \, A_2 = \pi \times (0.02/2)^2 \)
\( v_2 = 3 \times \frac{0.00196}{0.000314} \)
\( v_2 = 18.7 \, \text{m/s} \)
따라서 축소 노즐 출구에서의 유체 속도는 약 18.7m/s입니다.
예제 2 (확대 노즐)
문제: 같은 조건에서 축소 노즐 대신 확대 노즐을 사용할 경우 출구에서의 유체 속도는 어떻게 될까요?
풀이: 역시 베르누이 방정식과 연속 방정식을 사용합니다.
\( v_2 = 3 \times \frac{0.00196}{0.000314} \)
\( v_2 = 18.7 \, \text{m/s} \)
확대 노즐에서는 속도가 감소하므로 출구에서의 유체 속도는 3m/s보다 낮아집니다.
다른 기계 가공법 링크
유체역학 (39) – 상사법칙(Similarity Laws)
유체역학 (44) – 경계층 두께 (Boundary layer thickness)
유체역학 (45) – 경계층의 박리 (Boundary layer separation)