[유체역학] 소용돌이의 유체역학적 접근

[유체역학] 소용돌이의 유체역학적 접근.ppt

◎소용돌이란 무엇인가
1.소용돌이 현상의 정의
2.소용돌이의 특징
3.소용돌이의 종류 (토네이도)
4.소용돌이의 종류 (회오리바람)
@소용돌이현상의 유체역학적 분석
1. 카르만 소용돌이
2. 코리올리의 힘에 의한 소용돌이 현상
     2-1) 코리올리힘에 의한 소용돌이현상 : 직선으로 움직이는 포탄의 움직임
     2-2) 코리올리 힘에 의한 소용돌이 현상 :저기압과 고기압
     2-3) 코리올리 힘의 의한 소용돌이 현상 : 해양의 해류 순환
  3. 소규모로 작용하는 욕조 물의 순환과 회전운동량의 집적작용
4. 빅터 샤우버거의 내폭이론(implosion) 中
◎ 요약 및 마무리 1. 카르만 소용돌이

유체 속에서 기둥 모양의 물체가 움직일 때 물체 속도가 어떤 크기에 이르면 그 배후에서 서로 반대방향의 소용돌이가 번갈아 나타나 규칙적으로 2열로 늘어선다. 이러한 소용돌이가 카르만 소용돌이인데, 소용돌이 간의 거리와 열의 간격이 일정하며 1초간 소용돌이 발생수가 물체의 크기와 속도에 따라 결정되는 등 그 발생에는 일정한 법칙성이 존재한다. 그 명칭은 1911년 헝가리 응용역학자 T.카르만의 이름에서 딴 것이다. 강풍을 만나면 전선이 윙하는 소리(아이올로스음)를 내는 것도 그 배후에 이런 종류의 소용돌이가 생겨 전선이 번갈아 소용돌이의 중심부로 끌려 진동하기 때문이다.

2. 코리올리 힘에 의한 소용돌이 현상

하나의 절대좌표계 속에서 다른 좌표계가 회전할 때 나타나는 힘으로써, 실제 존재하는 것은 아니고, 원심력처럼 실존하지 않으면서 그냥 겉보기에만 나타날 뿐이다. 물론 코리올리라는 사람이 처음 계산해 냈고, 푸코가 런던의 한 거대한 종탑에 진자를 설치해서 코리올리 힘이 존재함을 증명했었다. 우리가 쉽게 만들 수 있는 진자가 외부로의 저항이 매우 적어서 매우 오랫동안 흔들릴 수 있다면 그 진자의 흔들리는 평면은 회전하여 언젠가는 처음 회전하는 면과 일치하게 된다. 물론 이에 걸리는 시간은 정확한 계산으로 얻은 것의 절반에 해당한다. 코리올리 힘 공식은 다음과 같다. Fc = 2 m v ω sinθ


2-1) 코리올리힘에 의한 소용돌
이 현상 : 직선으로 움직이
는 포탄의 움직임
1번은 전향력이 없을 경우에 이론상의 공이 이동하는 위치를 나타낸다. 2번은 공이 빠르게 이동했을 경우를 나타내는데 공이 움직이는 궤적의 원의 반지름이 크다. 3번의 경우에는 느리게 운동하는 공의 경우 위치하게 된다.

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