소개

이전 장에서 정지 유체가 가하는 힘에 대한 정확한 수학적 조건을 쉽게 구할 수 있음을 보였습니다. 이는 정수압에서는 단순한 압력 힘만 고려되기 때문입니다. 운동하는 유체를 고려할 때, 분석 문제는 훨씬 더 어려워집니다. 입자 속도의 크기와 방향뿐만 아니라, 점성의 복잡한 영향으로 인해 움직이는 유체 입자 사이와 유체 경계면에서 전단 응력이나 마찰 응력이 발생합니다. 유체의 여러 요소 사이에서 발생할 수 있는 상대 운동으로 인해 유동 조건에 따라 압력과 전단 응력이 지점마다 상당히 달라집니다. 유동 현상과 관련된 복잡성으로 인해 정확한 수학적 분석은 소수의 경우에만 가능하며, 공학적 관점에서는 다소 비실용적인 경우도 있습니다. 따라서 실험을 통해 유동 문제를 해결하거나 이론적 해를 얻기에 충분한 단순화 가정을 통해 해결해야 합니다. 두 가지 접근 방식은 상호 배타적이지 않습니다. 역학의 기본 법칙은 항상 유효하며, 여러 중요한 사례에서 부분적으로 이론적인 방법을 채택할 수 있기 때문입니다. 또한 단순화된 분석에 따른 실제 조건에서의 편차 정도를 실험적으로 확인하는 것도 중요합니다.

가장 일반적인 단순화 가정은 유체가 이상적이거나 완벽하여 복잡한 점성 효과를 제거한다는 것입니다. 이는 스토크스, 레일리, 랭킨, 켈빈, 램과 같은 저명한 학자들의 관심을 받아온 응용 수학의 한 분야인 고전 유체역학의 기초입니다. 고전 이론에는 심각한 내재적 한계가 있지만, 물은 비교적 낮은 점성을 가지고 있기 때문에 많은 상황에서 실제 유체처럼 거동합니다. 이러한 이유로 고전 유체역학은 유체 운동의 특성을 연구하는 데 매우 귀중한 배경 지식으로 간주될 수 있습니다. 이 장에서는 유체 운동의 기본 역학을 다루며, 토목 공학 수력학에서 발생하는 보다 구체적인 문제를 다루는 이후 장들의 기본적인 소개 역할을 합니다. 유체 운동의 세 가지 중요한 기본 방정식, 즉 연속 방정식, 베르누이 방정식, 운동량 방정식을 유도하고 그 의미를 설명합니다. 이후 고전 이론의 한계를 고려하고 실제 유체의 거동을 설명합니다. 본 장에서는 비압축성 유체를 가정합니다.

흐름의 유형

다양한 유형의 유체 운동은 다음과 같이 분류될 수 있습니다.

1. 난류 및 층류

2. 회전 및 비회전

3. 안정과 불안정

4.균일한 것과 비균일한 것.