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유체역학 문제풀이

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김성덕 교수

중앙대학교 대학원 토목공학과 석사졸업
중앙대학교 대학원 토목공학과 박사졸업

학력

중앙대학교 대학원 토목공학과 석사졸업
중앙대학교 대학원 토목공학과 박사졸업

강의경력

중앙대학교
충북대학교
강원대학교
현) 유니와이즈 전임교수

강좌 소개
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교육 대상
🎓 **이공계 대학생(1–3학년)**: 유체역학(1/2), 수리학, 유체기계 등 전공 필수 과목을 안정적으로 이수하고 싶은 기계·화공·토목·항공·조선해양 전공자.
📚 **개념 보강/편입·복학 준비생**: 공백기 이후 핵심 개념을 빠르게 재정비하고 기사 대비까지 함께 준비하고 싶은 학습자.
🏃 **실무 전환/초년차 엔지니어**: 배관·펌프 선정, 손실 계산, 성능곡선 해석, 기본 CFD/실험 데이터 처리 역량을 강화하려는 실무자.
🔬 **연구실 진학/심화 학습자**: 경계층/난류, 차원해석·상사, 불확도, CFD 기초 등 연구에 필요한 기초 체계를 견고히 하고 싶은 학생.
교재정보 및 참고문헌
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📖 **참고 문헌 (선택)**:
- 『Munson의 유체역학』 최신개정판(강동진 외 역, 퍼스트북)
- 『유체역학』 최신개정판(강부식 외, 한티미디어)
- 『유체역학』 최신개정판(박운진 외, 맥그로힐 에듀케이션 코리아)
- 『White의 유체역학』 최신개정판(유정열 외 역, 맥그로힐 에듀케이션 코리아)
(※ 자체 PDF 교재만으로도 수강에 충분하며, 심화 학습 시 참고서를 권장합니다.)

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커리큘럼

총 11개 챕터, 26강으로 구성되어 있습니다.

커리큘럼
제목 강의시간 상세내용
1장. 서론
[1강] 유체역학 서론(1)
0: 48: 00
유체역학 연습문제 1장: 차원해석·단위 변환·유체 특성 정리

• 차원해석과 단위계 변환: MLT·FLT 차원 일치와 동차식 판별, BG–SI 길이·면적·체적·힘·밀도·비중량 변환 관계 정리

• 유체 물성 및 상태방정식: 비중량–밀도–비중 관계(γ=ρg, S=ρ/ρwater), 이상기체 상태방정식(p=ρRT, pV=mRT) 기반 질량·밀도·기체 상수 계산 및 기체 종류 판별

• 유체역학 기본 평형 해석: 리기드 탱크에서 p/T 비례 관계, 경사 평판 점성유동의 전단응력–무게 성분 힘의 평형을 통한 속도 분포·표면 속도 도출 구조 정리
[2강] 유체역학 서론(2)
0: 39: 38
유체역학 연습문제: 체적계수·점성·표면장력·모세관·증기압 정리

• 체적계수·체적 변화·증기압·공동현상: 체적탄성계수 정의와 공기·물 비교, 압력 저하 시 증기압 도달에 따른 cavitation 발생 조건 및 최소 절대압력 계산

• 점성계수·전단응력·속도구배: 동점성·역학적 점성계수 관계(ν=μ/ρ), 뉴턴 점성법칙(τ=μ du/dy)을 평행평판·원형베어링·경사면 유동에 적용하여 전단응력·점성력·필요 인장력 산정

• 표면장력·모세관 현상·내부 초과압력: 모세관 상승식(h∝σ/γr)과 수위 측정 오차·허용 직경, 구형 계면 초과압력(ΔP=2σ/r), 서로 다른 유체·관경의 상승 높이 비교를 통한 표면장력–곡률–압력 관계 정리
2장. 유체정역학
[3강] 유체정역학(1)
1: 03: 59
유체정역학 연습문제: 비압축·압축성 유체, 대기압 및 액주계 정리

• 정역학 압력-깊이 관계와 대기모형: 비압축성 유체의 p = p0 + γh, 깊이에 따른 γ(h)·압축성 바닷물의 p(z)–E_v 관계, 표준대기식·등온·비중량 일정 가정에 따른 고도별 p(z)와 밀도·산소 질량비 비교

• 압축성·비압축성 유체 특성: 체적탄성계수 E_v와 ρ(p) 적분을 통한 심해 압력 산정, 깊이별 비중량 선형변화 유체의 p(h) 유도, 해수면·고지대 대기에서 압력·밀도 차이 정량화

• 액주계 및 압력측정 원리: U자관·수은·정밀 액주계에서 up/down 규칙에 따른 Δp–γh 해석, 게이지압·절대압 변환, 다유체·단면적비(A_t/A_r)·비중량 차(γ2−γ1)에 따른 수두 차 증폭과 민감도 설계
[4강] 유체정역학(2)
0: 48: 43
유체정역학 응용: 액주계, 수문, 수직면 합력 계산 정리

• 액주계·다유체 정역학: Up & Down 법칙을 이용한 압력 관계식 설정, 비중·비중량 계산, 다유체 U자관·밀폐탱크·흡인컵에서의 게이지압·대기압 산정
• 정수압 합력 계산: 평판·경사 수문·원형 플러그·복합 수직면에 대해 $F_R=\gamma H_c A$ 적용, 도심 깊이 산정 및 유체 비중량 반영한 합력 크기 계산
• 작용점·평형 해석: 작용점 공식 $Y_R=Y_c+\dfrac{I_{xc}}{Y_cA}$로 합력 작용 위치 결정, 힌지·외력 포함 수문 평형 및 모멘트·힘 평형 조건을 통한 구조 해석
[5강] 유체정역학(3)
1: 15: 22
유체정역학 평면 및 곡면 수문, 옹벽, 댐에 작용하는 수압 해석

• 수압 합력과 작용점: 평면·경사·임의 형상 수문에 대해 F = γ h_c A, 단면 1차 모멘트와 도심 좌표를 이용한 합력 크기·작용점 산정 및 압력 프리즘 해석

• 모멘트 평형과 수문·옹벽·댐 해석: 힌지·회전점 기준 모멘트 평형으로 수문 무게·힌지 반력·동시 개방 조건, 옹벽 전도 안전 수심, 댐 전도 한계 수심 결정

• 압력 분포와 전도 안정성: 수직·경사벽 및 바닥 누수에 대한 삼각형·사각형·사다리꼴 압력 분포의 합력·도심 계산과 자중 모멘트와의 비교를 통한 전도·안정성 평가
[6강] 유체정역학(4)
0: 42: 20
유체정역학 연습문제 풀이(2.25–2.31) 핵심 정리

• 정지 유체 압력 작용력·압력 중심: 평판·곡면·원통 단면에 대한 합력 $F=\gamma h_cA$, 압력 중심 $y_R=h_c+I_{xc}/(h_cA)$, 곡면 수평·수직 성분 분해와 자유물체도를 통한 힘·모멘트 평형

• 부력·중량·장력 평형: 잠긴 체적 부력 $F_B=\gamma V_{\text{잠김}}$, 목재·원기둥 등의 비중량·질량·로프 장력을 힘·모멘트 평형식으로 연립하여 해석하는 절차

• 가속계 자유표면 기울기: 등압선 조건에서 $dy/dz=-a_y/g$를 이용한 자유표면 기울기, 탱크 액체 넘침 조건, U자관 액주계 높이차 $h=(a/g)l$ 도출을 포함한 가속 유체 정역학 관계식 정리
3장. 유체동역학-Bernoulli방정식
[7강] 유체동역학-Bernoulli방정식(1)
0: 48: 45
유체동역학 베르누이 방정식 적용 연습(3.1~3.9)

• 유선방향/법선방향 운동방정식과 압력구배: 수평·수직 파이프 및 곡선·원형 유선에서 $\frac{\partial p}{\partial s}=-\rho V\frac{\partial V}{\partial s}-\gamma\sin\theta$, $-\frac{\partial p}{\partial n}=\rho\frac{V^2}{R}$, $\frac{dp}{dr}=\rho\frac{V^2}{r}$를 이용해 속도분포로부터 압력구배·압력분포를 적분·해석하는 절차 연습

• 베르누이 방정식과 수두 개념: 수평/수직 흐름, 곡선 유선, 탱크 유출에서 $p/\gamma+V^2/2g+z$ 일정 조건을 적용하여 압력·속도·위치수두 간 관계, $V=\sqrt{2gH}$ 형태, 소거 가능한 항(위치수두·속도수두·압력수두) 판별 및 두 방법(운동방정식 vs 베르누이식)의 결과 일치 검증

• 정체압·동압·피토관·탱크 유출 응용: 정체점과 표면 속도분포로부터 압력차·각도 계산, 정체압–정압–동압 관계 $p_0=p+\frac{1}{2}\rho V^2$와 피토관 측정오차를 이용한 실제 속도 산정, 압력탱크 및 다중 출구 탱크에서 비중·수심·유량을 연속방정식과 함께 역산하는 문제 해결 능력 강화
[8강] 유체동역학-Bernoulli방정식(2)
0: 59: 55
유체동역학 베르누이 방정식 응용 연습문제 정리 (3.10–3.14)

• 베르누이 방정식·연속 방정식: 수축파이프·배수 호스·사이펀·Venturi 채널에서 압력수두·위치수두·속도수두 관계와 단면적-속도-유량 연계를 이용한 해석 절차 정리
• 대기 개방 조건·정수압 관계·근사 조건: $p=\gamma h$, 큰 수조 상부 속도 무시, 같은 높이 압력 동일, 수평 관에서 위치수두 소거 등 전형적 가정 하에서 속도·압력·유량 계산 체계화
• 설계·역설계 응용: 액주계 수두차 유량 산정, 사이펀 압력 분포, 일정 수위 감소 물시계의 반경 분포 R(z), Venturi 채널에서 유량·단면 높이·필요 압력 산정 구조 정리
[9강] 유체동역학-Bernoulli방정식(3)
0: 53: 14
유체동역학 연습문제: Bernoulli 방정식 응용 정리

• Bernoulli 방정식 및 연속방정식 응용: 벤투리 유량계·U자형 액주계·사각 위어·오리피스에서 속도·압력·유량·수두 상호 변환식과 압력차–유량 관계 정리

• 수두선 해석과 캐비테이션: 에너지선(EL)=z+p/γ+V²/2g, 수력구배선(HGL)=z+p/γ 정의를 이용한 압력·속도·위치수두 분해와 증기압 도달 조건에 따른 캐비테이션 발생 기준 분석

• 비압축성 Bernoulli 적용 조건: 음속 c=√(kRT)와 마하수 Ma=V/c 계산으로 Ma<0.3 구간 비압축성 가정 타당성 판단 및 항공기 순항·착륙 속도 사례 평가
4장. 유체운동학
[10강] 유체운동학(1)
0: 50: 13
유체운동학 연습문제 풀이 4.1–4.6 핵심 정리

• 속도장과 유속·유선: 2D·3D 속도성분으로부터 유속 크기 V=√(u²+v²+w²) 계산, dy/dx=v/u를 이용한 포물선·원 형태 유선 방정식 및 소용돌이 유동(V∝1/r, 동심원 유선) 구조 도출

• 가속도장 분해: a = ∂V/∂t + (V·∇)V 공식을 통한 국소가속도·대류가속도 분리, 정상/비정상 및 1D/3D 유동에서 각 항의 소거·단순화와 성분별 가속도(ax, ay, az) 계산 절차 정리

• 곡선 유선과 법선가속도: 곡률반경 R에 따른 법선가속도 an=V²/R=2gh/R 적용, 곡면 댐 곡선 구간별 R 변화에 따른 an 분포 계산 및 곡률반경 불연속이 가속도 불연속으로 이어지는 기하·역학적 관계 정리
[11강] 유체운동학(2)
0: 42: 14
유체운동학 연습문제 4.7~4.14 핵심 정리(가속도·물질도함수·검사체적)

• 유체입자 가속도와 속도장: 유선방향·법선방향 가속도 분해, 정상/비정상·곡률반경·방사형 유동 조건에서 $a_s$, $a_n$ 및 대류가속도 계산 구조 정리
• 물질도함수와 스칼라장 변화율: 온도장 등 스칼라장의 물질도함수 정의와 성분(시간미분·공간미분·속도성분) 분리, 입자 이동 방향에 따른 변화율 비교
• 검사체적·검사표면·시스템 개념: 고정/이동/변형 시스템 경계, 분기관·채널·Couette 유동에서 입출구 체적·질량유량 해석 및 $\beta$ 선택(1, 1/ρ)에 따른 질량유량·체적유량 판별 구조 정리
5장. 유한 검사체적 해석
[12강] 유한 검사체적 해석(1)
0: 53: 50
유한 검사체적 해석 연습문제 5장(1) 핵심 정리

• 연속방정식·질량보존 해석: 비압축성·압축성, 정상·비정상 상태 구분 후 검사체적 설정, 연속방정식과 질량축적항을 사용해 유량·속도·질량변화율 계산

• 운동량방정식 기반 힘·모멘트 해석: 제트–구조물 상호작용에서 선형운동량 보존식과 성분분해를 이용해 반력·고정력·마찰력·힘의 비 및 모멘트 평형으로 최소 유량·지지 조건 산정

• 베르누이 방정식 결합 응용: 동일 유체·높이 및 손실 가정 하에서 연속방정식과 베르누이 방정식을 결합해 단면 속도·압력·수두 관계를 구하고 제트 편향, 탱크·노즐·파이프 시스템의 설계 변수 도출
[13강] 유한 검사체적 해석(2)
1: 08: 20
유체역학 유한검사체적 해석 연습문제(5.11~5.20) 정리

• 유한검사체적·보존방정식 기본 개념: 연속방정식·운동량 방정식·에너지 방정식을 검사체적에 적용해 힘, 추력, 축동력, 수두손실, 질량당 에너지전달을 해석하는 해석 틀 정립
• 제트·관·밸브·강·필터·팬 시스템 해석: 제트-평판 힘, 팬 추력·효율, 밸브·필터 수두손실, 하천 유동 방향, 가압/진공 조건을 운동량 방정식과 에너지 방정식 결합으로 계산하는 절차 정리
• 펌프·수력터빈·반경류 터빈 동력 해석: 속도삼각형을 통한 접선속도와 원주속도 계산, 펌프수두·터빈수두·손실수두 정의, 최대동력·손실동력·질량당 축일 산정으로 회전체-유체 간 에너지 교환 구조 이해
[14강] 유동의 미분해석(1)
0: 42: 13
유체역학 연습문제 6장: 유동의 미분해석(1) 정리

• 유동장 미분 해석 개념: 속도장으로부터 물질가속도, 와도(회전각), 발산(체적팽창률), 유선 방정식, 극좌표 유동함수 기반 속도 성분을 미분·적분으로 계산하는 절차 정리
• 이상·비압축 유동 방정식: 연속방정식과 나비에-스토크스 미분형, 베르누이 방정식(비회전·무점성·체적력 조건)을 이용해 압력분포, 정체점, 소스·싱크·반체 주위 유동 및 순환을 해석하는 방법 정리
• 응력 해석과 좌표계 변환: 전단응력으로부터 수직응력 분포를 운동방정식으로 역산하고, 직교·극좌표에서 속도–응력(τ_{yx}, τ_{rθ}) 관계를 이용해 유동함수 기반 전단·수직응력을 구하는 계산 구조 정리
[15강] 유동의 미분해석(2)
0: 45: 37
유체역학 연습문제: 층류 점성유동 미분해석 요약

• 층류 점성유동 해석 개념: Navier–Stokes 방정식 단순화·적분을 통해 평행평판·원형관·타원단면·동심원통·경사진 평판 등에서 속도분포·체적유량·압력강하·전단응력 도출

• Poiseuille류 유동 구조: 평행평판·원형관·동심관·타원 단면에서 포물선형 속도분포와 Hagen–Poiseuille형 Q–Δp 관계 정식화, 수직·경사진 유동에서는 압력구배·중력성분·경계조건을 결합한 평균속도·유량 식 유도

• 설계·판정 지표: Reynolds 수와 수리직경을 이용한 층류 판정 기준 정립, 마노미터–압력강하–관내 평균속도 연계, 반경이 변하는 관에서는 국소반경 기반 근사와 수치적분(Simpson·Gaussian 적분 등)으로 Δp 계산 구조 이해
7장. 차원해석, 상사 및 모델링
[16강] 차원해석, 상사 및 모델링(1)
0: 48: 47
유체역학 차원해석·상사·모델링 연습(연습문제 7.1~7.9 정리)

• Buckingham π 정리·소거법·기준차원 선택: k−r 법칙, 반복변수 선정 원칙, FLT 및 조합 차원계 선택을 통한 π항 구성과 종속·독립 변수 구조화
• 대표 무차원수와 상사 법칙: Fr, We, Re, Eu, Ma, 형상비, 특수 위어 무차원수 등을 통한 개별 문제(파동·위어 유량·음속·항력·종단속도·탱크 유출·곡관 압력강하) 지배 변수 판정 및 변수 누락 검증
• 모델–원형 상사 및 스케일링: Reynolds·Euler 상사 조건 하에서 풍동 실험 및 엘보 모델 설계 시 길이·속도·압력 스케일 변환과 물성·온도 조절 전략 정리
[17강] 차원해석, 상사 및 모델링(2)
0: 43: 22
유체역학 차원해석·상사·모델링 연습문제 7.10~7.18 요약

• Buckingham π 정리·무차원수: 차원해석으로 종속·독립변수에서 π항 도출, Reynolds수·Froude수·항력계수·형상비 등 핵심 무차원수 정의 및 상사 조건 정립

• 유동 상사·스케일링: 폐유동·개수로에서 Re·Fr 상사 적용, 길이·속도·유량·점성계수 스케일 관계와 모델–원형 간 항력·동력 예측식 구성

• 지배방정식 무차원화: 기준 길이·시간·속도 척도로 변수와 미분 연산자 무차원화, 진동유동에서 무차원 지배방정식과 지배적 무차원 파라미터 구조 도출
8장. 파이프 내 점성유동
[18강] 파이프 내 점성유동(1)
0: 44: 10
파이프 내 점성유동 연습문제 풀이 핵심 정리(1) – 레이놀즈수, 손실수두, 점성저층

• 점성유동 특성 파라미터: 레이놀즈수·마찰계수·손실수두·점성저층 두께를 통해 층류·난류 판별, 최대 직경·최대 유량·압력강하·수두손실·벽면 전단응력 계산

• 층류·난류 해석식: 층류에서 Poiseuille 식과 f=64/Re, Q∝D⁴·Δp/L 관계, 난류에서 Darcy–Weisbach 식과 무디선도를 이용한 f 산정 및 h_L∝fL V²/D 분석

• 관 특성·설계 응용: 관 직경·거칠기·라이너 설치·상하방향·직경 변화 구간에 따른 수두손실·말단압력·점성저층 두께·유량 변화 비교 및 최적 설계 기준 정리
[19강] 파이프 내 점성유동(2)
0: 50: 34
유체역학 파이프 내 점성유동 연습문제 풀이(8.10~8.20)

• 에너지 방정식·손실수두 해석: Darcy–Weisbach 마찰손실과 부차적 손실계수(K)를 이용해 압력강하·펌프수두·유량·펌프 동력·공동현상(절대압·증기압 조건)을 연계 계산하는 파이프 시스템 해석

• 마찰계수·수력직경·유량 결정: 레이놀즈수·상대거칠기·수력직경(비원형 덕트 포함)과 Moody 도표를 사용해 마찰계수 f를 반복 결정하고, 수직관 무압력 변화 조건·펌프 동력–유량 관계·필터·코일·부차적 손실이 있는 계의 유량·압력강하 산정

• 노즐·오리피스·와셔 유량계: 직경비 β와 유출·노즐 계수(C₀, Cₙ), 압력차–유량 관계를 이용해 물·공기 유량과 노즐 전후 압력강하를 계산하고, 온도·점성에 따른 Re–계수 변화와 반복 보정 절차 정리
9장. 물체 주위의 유동
[20강] 물체 주위의 유동 (1)
0: 40: 33
유체역학: 물체 주위 유동과 경계층 예제 정리 (연습문제 9.1~9.7)

• 압력·전단력 및 양력·항력: 면에 수직/평행한 압력·전단응력을 유동 방향(항력)·수직 방향(양력) 성분으로 분해하여 합력, 힘 평형, 동력 계산에 적용

• 경계층·레이놀즈수·Blasius 해: 레이놀즈수로 층류/전이/난류 판별하고 Blasius 해를 이용해 평판·물체 주위 경계층 두께, 벽면 전단응력, 평균 마찰계수 및 마찰항력 산정

• 항력·마찰·토크·동력 응용: 항력계수와 마찰계수로 자전거·주자·카누·팬 블레이드 등의 항력, 마찰 토크, 요구 동력을 계산하여 실제 유동 저항 특성 평가
[21강] 물체 주위의 유동 (2)
0: 40: 41
유체역학 연습문제: 물체 주위 유동(항력·양력과 동력 계산)

• 항력·양력·계수 개념: 항력·양력 정의와 $C_D, C_L$ 계수, 레이놀즈수에 따른 계수 선정, 정면/유효 면적 및 종횡비·스팬·코드 길이 관계를 이용한 날개·에어포일 기하 해석

• 동력·속도·중량 관계: $D,L = \tfrac12\rho U^2 A C_{D,L}$, $P = D U \propto \rho U^3$ 공식을 활용해 자전거·블림프·드론·비행기·드래프팅 효과, 고도 변화, 승객 증가 시 이륙 속도 변화를 정량 계산

• 힘의 평형·실험 해석: 수평·수직 힘 평형과 줄 장력 분해를 통한 연의 $C_L, C_D$ 산출, 네트·실린더 구조 항력 계산, 풍동 실험에서 지지대 기생항력 보정 후 에어포일 양력·항력계수 추출 절차 정리
10장. 개수로유동
[22강] 개수로유동(1)
0: 44: 40
개수로 비정상파 및 점진적 등류 유동 연습문제 정리

• Froude 수·표면파 속도·파형 해석: Froude 수(아임계·초임계 판정)와 표면파 속도식을 이용해 파의 상·하류 전파 방향, 쐐기파 각도, 쓰나미 등 중력파 속도 특성을 계산하고 파형 조건을 정식화함

• 비에너지·수면·바닥 형상 해석: 비에너지(에너지 수두) 보존과 연속식을 이용해 바닥 단차·돌출부·등류 조건에서의 수심·수면고도·수면·바닥 경사 관계를 3차 방정식 및 분포 곡선으로 산정함

• Manning 식·조도·최적 수심 해석: Manning 식 기반으로 Manning 계수 산정, 조도 변화에 따른 유량 변화, 부분 만수–완전 만수 유속비, 복합 단면 수로에서 유량–수심 함수와 최대 유량을 주는 최적 수심을 도출함
[23강] 개수로유동(2)
0: 47: 04
유체역학 개수로 유동 연습문제(10.11~10.17) 핵심 정리

• 매닝식·단면 특성·조도계수: 구간별 면적 A(y), 접수길이 P(y), 수력반경 R(y)와 매닝식 Q = (1/n)AR^{2/3}S_0^{1/2}를 이용해 복합 단면·조도 변화 시 유량–수심–기울기 관계를 구하고 동일 유량 조건에서 요구되는 수로 규모·길이를 설계함

• Froude 수·임계유동·수력도약: Froude 수 Fr, 임계유동 조건 Fr=1에서의 필요 바닥경사 S_{0c}(y)와 극한·최소조건을 해석하고, 수력도약 전후의 conjugate 수심비 y_2/y_1, 상·하류 Froude 수, 에너지 손실 h_L을 이용해 기울기 변화 지점 및 도약 후 균일유동 조건을 해석함

• 위어·수문 방류 관계: 예봉 위어 Q = C_{wr}b√(2g)h^{3/2}와 드럼 수문 Q = b C_d a√(2gy_1) 공식을 사용해 상류 수심 변화에 따른 유량–수위 곡선을 작성하고, 위어·수문 제어 시 유량 증가에 따른 수심 상승 및 상류 수위–방류량 관계를 정량적으로 평가함
11장. 압축성유동
[24강] 압축성유동
0: 48: 59
압축성 유동 연습문제(11장) 핵심 정리 및 풀이 요약

• 압축성 유동 기본 관계: 등엔트로피 압축·정체엔탈피·정체온도 보존, 마하수–속도–온도–압력–정체량 관계를 이용한 아음속·초음속 유동 및 비압축성 근사 한계(Ma≈0.3) 정리
• 노즐·충격파·계측 해석: 축소-확대 노즐 임계 유동과 질량유량, 수직충격파 전후 상태와 면적비 해석, 피토관에서 압축성/비압축성 속도 비교 및 점원 운동에 따른 압력파·마하 콘 기하 관계 정리
• 마찰·가열 유동 모델: 면적 일정 덕트의 Fanno(마찰)·Rayleigh(열전달) 유동에서 정체량·엔트로피 변화, 임계 Ma=1 조건, 마찰 및 가열 여부 판정과 엔트로피 극대 조건 정리
12장. 터보기계
[25강] 터보기계(1)
0: 34: 03
터보기계 연습문제(12.1~12.5) 핵심 정리

• 각운동량 방정식·토크 조건: $T = \dot{m}(r_2 V_{\theta 2} - r_1 V_{\theta 1})$을 이용해 토크 0 조건에서 $rV_\theta$ 상수 관계, 장치의 펌프·터빈 판별 및 축토크·축동력 계산

• 속도삼각형 해석: 절대속도 $V$, 원주속도 $U$, 상대속도 $W$의 기하관계와 $V_r, V_\theta, \beta, \theta$ 성분 분해를 통해 로터·스프링쿨러·다공관·원심펌프의 출구 방향, 각속도, 필요한 압력·유량 산정

• 에너지·장치 분류 기준: 베르누이 방정식과 단위변환으로 최소 압력·축동력 산정하고, 유동 방향과 회전 방향의 상대 관계 및 반지름 변화(큰 곳→작은 곳: 터빈, 작은 곳→큰 곳: 펌프)로 장치 유형 결정
[26강] 터보기계(2)
0: 35: 58
터보기계 원리 및 펌프·수력터빈 예제 정리 (비속도, 상사법칙, 에너지방정식)

• 펌프 상사·비속도 해석: 비속도 정의와 상사법칙으로 유량·수두·동력·회전수 관계를 스케일링하고, 임펠러 직경 변경 및 펌프 형식 선정에 적용

• 펌프-배관 시스템 해석: 에너지 방정식과 마찰·부차적손실을 이용해 수두-용량 곡선과 배관 특성곡선 교점으로 운전점·수두·손실수두를 결정

• 수력터빈·Pelton 휠 동력 해석: 유동삼각형과 운동량 모멘트 방정식으로 축토크·축동력을 계산하고, 수두 변화 상사 및 실험-이론 토크·출력 곡선 비교로 효율·손실 특성 평가
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김성덕 교수님

유체역학 문제풀이

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