특성길이 Characteristic length

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특성길이 Characteristic length

특성길이라는 것은 유동 특성 혹은 열전달 특성에 가장 큰 영향을 미치는 길이를 말한다. 

'characteristic' is used to indicate that the length, velocity, and others are those that are considered to be the most influential on the flow in the filed of flow under consideration.  

특성길이는 현상을 보고자 하는 것의 모양(geometry)에 따라 다르게 정의내릴 수 있다. 즉, 엄밀해(Exact Solution)은 아니다. 

특성길이는 명확한 값이 아니라 추정값이며, 살펴보고자 하는 방향에 따라 특성길이를 다르게 설정할 수 있다. 

주로, 특성길이는 표면적과 체적의 관계로 설정하는 경우가 많다. 

외부유동(external flow)의 경우, 유동 방향으로 형상 단면(cross-secitonal)의 면적에서 단면 둘레를 나누는 값을 많이 사용하고, 

내부유동(internal flow)의 경우, 관벽의 마찰저항이 흐름에 크게 영향을 미치기 때문에 수력학적 직경(D_h, hydraulic diameter)을 주로 사용한다. 

외부유동의 경우 아래와 같이 특성길이를 설정한다. 

배관내 유동같은 내부유동의 경우, 관경을 특성길이로 설정하며, 약간의 장애물이 있다고 해도 유동 특성에 큰 지장을 주지 않는다면 무시한다. (관벽의 마찰저항보다 크지 않다면)

만약 impeller로 휘젓는 유동의 경우는 impeller의 직경이 특성길이로 설정한다.  

수력학적 직경의 정의는 아래와 같이, 유동흐름의 단면적(A)의 4배의 값에 유동과 맞닿고 있는 둘레(P)를 나눈 값으로 한다. 

채널(channel)의 경우, 직사각형 덕트에서 유동과 맞닿고 있는 둘레와 비교하여, 유체의 윗부분은 배관의 마찰저항을 받지 않기 때문에 둘레에서 윗면의 길이(b)가 빠지게 된다.   

혹시 지적사항이 있으시면 댓글 달아주세요 

참조

https://www.shi-pe.shi.co.jp/english/technology/mixing-lecture/007/index.html

https://www.cradle-cfd.com/media/column/a171

https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/fluid-dynamics/internal-flow/hydraulic-diameter-2/

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2020. 05. 23 작성

2020. 11. 20 수정