[산업기계설비기술사 2차 예상질문 및 답안] Newtonian Fluid가 무엇인가요?

[예상질문] Newtonian Fluid란 무엇인가요?

[답안] 

네. 답변드리겠습니다.

먼저 Fluid 즉 유체를 설명드리겠습니다.

유체역학의 관점에서 볼 때, 모든 물질은 유체와 고체로 나누어 집니다. 이는 공학적으로 볼때 접선응력에 대한 반응의 차이로 구분됩니다.

고체는 정적인 변형에 의해 전단응력에 저항할 수 있으나 유체는 그러하지 못합니다. 유체는 그것에 작용되는 전단응력이 아무리 작다고 하여도 운동이 시작됩니다. 

그렇다면 전단응력이 작용하면 어떻게 운동을 하느냐?

이것을 1687년 최초 연구한 과학자가 뉴턴입니다.

뉴턴은 전단응력이 유체의 표면에서 발생했을 경우  x방향으로의 속도를 미세면적에서 du라고 하고, y방향의 속도를 미세면적에서 dy라고 하며,

이 때 전단응력과 du/dy 사이의 비를 점성계수 뮤라고 정의 하였습니다.

또한 고체벽 근처의 전단층(Shear Layer), 즉 경계층(Boundary Layer)의 경우 전단응력은 속도분포의 기울기에 비례하며 벽에서 가장크다. 또한 벽에서의 속도 u는 벽에 상대적으로 0이다. 이것을 점착조건(no-slip condition)이라고 하며 모든 점성유체유동 특유의 특성이다.

그런데 앞서 말씀드린 전단응력과 속도구배의 선형법칙을 따르지 않는 유체를 비뉴턴 Non-newtonian Fluid라고 합니다.

[꼬리문제] 전단응력과 속도구배의 선형법칙에서 Curve 이름을 뭐라고 하는지요?

[답안]

네 그것은 Velocity Profile이라고 하며, 정해진 전단응력에 대한 유체의 특성을 나타내는 곡선입니다.