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평판 위를 지나는 경계층 유동에서 경계층 두께가 δ인 경계층 내 속도 … | [건설기계설비기사 필기] 21년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[건설기계설비기사 필기] 21년 2회차
평판 위를 지나는 경계층 유동에서 경계층 두께가 δ인 경계층 내 속도 u가 문제 이미지 로 주어진다. 여기서 y는 평판까지 거리, U는 주류속도이다. 이 때 경계층 배제두께(boundary layer displacement thinkness) δ*와 δ의 비 δ*/δ 는 약 얼마인가?
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해설

배제두께는 δ∗=∫0δ(1−uU)dy\delta^* = \int_0^\delta \left(1 - \frac{u}{U}\right) dy로 정의된다.

u/U=sin⁡(πy/2δ)u/U = \sin(\pi y / 2\delta)를 대입하면
δ∗=∫0δ[1−sin⁡(πy2δ)]dy=δ−[−2δπcos⁡(πy2δ)]0δ\delta^* = \int_0^\delta \left[1 - \sin\left(\frac{\pi y}{2\delta}\right)\right] dy = \delta - \left[-\frac{2\delta}{\pi}\cos\left(\frac{\pi y}{2\delta}\right)\right]_0^\delta
계산하면
δ∗=δ−2δπ(0−(−1))=δ−2δπ\delta^* = \delta - \frac{2\delta}{\pi}(0-(-1)) = \delta - \frac{2\delta}{\pi}
이므로 δ∗/δ=1−2/π≈\delta^*/\delta = 1 - 2/\pi \approx 이다.

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