[유체역학] Ch1. 유체역학의 기초(Basic Considerations)

공대탈출기원 2020. 1. 30. 01:35

1.1 서론

유체 정역학(Fluid statics): 유체의 입자 사이에 상대 운동이 없는 유체의 특성을 다루는 학문으로
유체 내 상대운동이 없다면 전단응력이 존재하지 않는다.
전단응력이 존재하려면 속도구배(du/dy)가 필요하기 때문이다.
따라서 유일하게 남아있는 수직응력, 즉 압력이 유체 정역학에서 키워드이다.
유체 운동학(Fluid kinematics): 힘에 대한 분석은 하지 않고 유체의 운동만 다루는 학문
유체 동역학(Fluid dynamics): (힘, 에너지) + 운동 결과를 다루는 학문

1.2 차원, 단위와 물리적 양

공학적 문제를 해결하고자 할 땐 물리적 양을 정량적으로 기술할 수 있어야 한다.

각괄호 [ ]는 괄호 안의 물리적 양의 '차원'을 의미한다. 각괄호를 이용해 뉴턴의 제2법칙을 차원으로 나타내보자.

[F] = [m][a]

F = ma을 차원으로 나타내면 F = ML/T^2 으로 F, M, L, T 는 각각 힘, 질량, 길이, 시간의 차원이다. 물리적 양의 힘 F와 힘의 차원 [F]의 표기는 동일하다.
수치의 차원을 표시하려면 단위계가 필요하다.
국제 단위계로 SI(International System) 단위계를 세계적으로 많이 사용하고 있다.

1.3 연속체로서의 액체와 기체

연속체(Continuum): 기체와 액체가 관심영역 내에서 연속적으로 분포한다.
유체역학에서는 유체를 연속체로 취급한다.

1.4 압력 및 온도 척도

유체역학에서 압력은 어떤 면에 작용하는 수직 성분의 압축력으로 발생한다.

압력과 온도는 여러 가지 다른 척도로 측정될 수 있는 물리적 양이다.

어떤 기준점에 대해 상대적으로 측정된 상대척도와 절대척도가 있다.

절대압력이 대기압보다 낮으면 진공(vacuum)이라고 부른다.

온도는 섭씨온도(Celsius)와 화씨온도(Fahrenheit)척도가 사용된다.

절대온도 척도는 켈빈(K)가 있으며 아래와 같은 식이 성립한다.