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1[가스기사 필기] 22년 1회차
직각좌표계 상에서 Euler 기술법으로 유동을 기술할 때 F=∇⋅V⃗F = \nabla\cdot\vec{V} , G=∇⋅(ρV⃗)G = \nabla\cdot(\rho\vec{V}) 로 정의되는 두 함수에 대한 설명 중 틀린 것은? (단, V⃗\vec{V} 유체의 속도, ρ는 유체의 밀도를 나타낸다.)
1
밀도가 일정한 유체의 정상유동(steady flow)에서는 F = 0 이다.
2
압축성(compressible)유체의 정상유동(steady flow)에서는 G = 0이다.
3
밀도가 일정한 유체의 비정상유동(unsteady flow)에서는 F ≠ 0 이다.
4
압축성(compressible) 유체의 비정상유동(unsteady flow)에서는 G≠0 이다.
해설

연속방정식 ∂ρ∂t+∇⋅(ρV⃗)=0\dfrac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla\cdot(\rho\vec V)=0을 전개하면 DρDt+ρ ∇⋅V⃗=0\dfrac{D\rho}{Dt} + \rho\,\nabla\cdot\vec V = 0이 되므로, 밀도가 일정한 유체(비압축성)라면 Dρ/Dt=0D\rho/Dt=0이 항상 성립하여 정상유동이든 비정상유동이든 관계없이 F=∇⋅V⃗=0F=\nabla\cdot\vec V=0이다.

따라서 밀도가 일정한 비정상유동에서 F가 0이 아니라고 서술하는 것이 틀린 설명이다.

한편 G는 G=∇⋅(ρV⃗)=−∂ρ∂tG=\nabla\cdot(\rho\vec V) = -\dfrac{\partial\rho}{\partial t}로 정리되므로, 정상유동(국소 시간에 대한 밀도 변화가 없는 유동)에서는 압축성 유체라도 G=0이고 비정상유동에서는 G≠0이 되어 나머지 서술은 모두 타당하다.

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