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1[9급 국가직 화학공학일반] 17년 1회차
고체 수평면과 평행으로 흐르는 액체의 유속(u)이 수평면으로부터 y인 위치에서 u[m/s]=10 y-y2의 분포로 흐르고 있다. 액체의 점도가 0.0015 Paㆍs이고 뉴턴의 점성법칙을 따른다고 가정할 때, 평면 위(y=0)에서 액체의 전단응력[Pa]은?
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0.008
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0.015
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0.042
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0.058
해설

뉴턴 점성법칙 τ=μdudy\tau = \mu \dfrac{du}{dy}에 벽면의 속도구배를 대입하면 전단응력은 0.015 Pa이다.

속도분포를 y로 미분하여 속도구배를 구한다.
dudy=10−2y\dfrac{du}{dy} = 10 - 2y
벽면 y=0y = 0에서 dudy=10 s−1\dfrac{du}{dy} = 10\ \mathrm{s^{-1}}

점도를 곱하면 전단응력이 된다.
τ=0.0015×10=0.015 Pa\tau = 0.0015 \times 10 = 0.015\ \mathrm{Pa}

속도값 u가 아니라 속도구배를 써야 하며, 구배는 벽에서 가장 크고 y=5y = 5에서 0이 되어 전단응력도 그곳에서 사라진다.

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