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원형관 내에 점성을 갖는 비압축성 Newton 유체가 균일한 속도로 유… | [7급 국가직 전달현상] 24년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 전달현상] 24년 1회차
원형관 내에 점성을 갖는 비압축성 Newton 유체가 균일한 속도로 유입된다. 유체의 흐름 발달에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 정상흐름을 가정하고, (rr, θ\theta, zz)는 원통형 좌표이다)
ㄱ. 입구영역(entrance region)에서 관의 벽면이 받는 전단응력은 입구로부터의 위치(zz)에 따라 다르다.
ㄴ. 완전발달영역(fully developed region)에서 속도분포는 관 중심으로부터의 위치(rr)에만 의존한다.
ㄷ. 유체의 단위 길이당 압력강하는 완전발달영역이 입구영역보다 크다.
1
ㄱ
2
ㄷ
3
ㄱ, ㄴ
4
ㄴ, ㄷ
해설

입구영역 벽면 전단응력의 위치 의존성과 완전발달영역 속도분포의 rr 단독 의존성만 옳으므로 ㄱ, ㄴ이 옳다.

입구에서는 경계층이 자라며 속도구배가 축방향으로 변하고, 경계층이 관 중심에서 만나면 속도분포가 더 이상 zz에 따라 변하지 않는 완전발달 상태가 된다.

  • ㄱ(옳음): 입구 근처는 벽면 속도구배가 커서 전단응력이 크고, 하류로 갈수록 감소한다.
  • ㄴ(옳음): 완전발달영역에서 vz=vz(r)v_z = v_z(r)이다.
  • ㄷ(틀림): 입구영역은 벽 전단응력이 크고 유체 가속에 따른 운동량 변화까지 더해져 단위 길이당 압력강하가 완전발달영역보다 크다.

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