기계공학

출처: 알렉산더 S 래트너와 산제이 아디카리; 펜실베이니아 주립대학, 유니버시티 파크, 펜실베이니아 주 기계 및 원자력 공학과 유체 매체에 침지된 물체, 차량 및 유기체는 유체 중량, 드래그로인한 수직 상향 힘 - 운동 방향 반대의 저항력, 그리고 리프트- 운동 방향에 수직인 힘 - 부력의형태로 주변 유체의 힘을 경험합니다. 이러한 힘의 예측과 특성화는 차량을 엔지니어링하고 수영과 비행 유기체의 움직임을 이해하는 데 중요합니다. 이 실험에서는 침수된 물체의 부력, 무게 및 항력의 균형을 글리세린 배지에서 기포및 오일 액적의 상승 속도를 추적하여 조사할 것이다. 터미널 상승 속도의 결과 드래그 계수는 이론적 값과 비교됩니다.

출처: 알렉산더 S 래트너와 케빈 라오 리 기계 및 원자력 공학부, 펜실베니아 주립 대학, 대학 공원, 펜실베이니아 이 실험의 목적은 부동 선박의 안정성 현상을 입증하는 것입니다 - 일부 외부 힘에 의해 측면에 압연 할 때 자기 권리 기능. 선체 모양과 내부 질량 분포의 신중한 설계로 항해 선박은 낮은 초안 (선체의 침수 깊이)으로 안정적으로 선박 기동성을 향상시키고 항력을 감소시킵니다. 이 실험에서 모델 보트는 먼저 질량 중심(다른 화물 하중을 나타내는)과 롤 각도의 자동 추적을 조정하도록 수정됩니다. 보트는 물 용기에 배치되고 질량 중심의 높이가 다른 각도로 기울어집니다. 일단 출시되면, 보트의 캡싱 (팁 오버) 또는 진동 모션은 디지털 카메라와 비디오 분석 소프트웨어로 추적됩니다. 최대 안정적인 롤 각도 및 진동 빈도에 대한 결과는 이론적 값과 비교됩니다. 안정성 계산은 컴퓨터 지원 설계 환경에서 결정된 보트의 기하학적 및 구조적 특성을 사용하여 수행됩니다.

출처: 알렉산더 S 래트너; 펜실베이니아 주립대학, 유니버시티 파크, 펜실베이니아 주 기계 및 원자력 공학과 항공기, 로켓 및 선박은 주변 유체 또는 고온 연소 제품을 높은 속도로 가속화하여 추진을 생성합니다. 운동량의 보존 원리로 인해 유체 속도가 증가하면 차량에 효과적인 추력이 발생합니다. 추진 시스템의 추력 기능은 종종 정적 추력 테스트로 측정됩니다. 이러한 테스트에서 추진 시스템은 고정, 계측 플랫폼에 장착 및 작동하며 마운트의 유지력은 추력으로 측정됩니다. 이 실험에서는 소규모 정적 추력 측정 시설을 구성하고 모델링합니다. 두 개의 모델 항공기 모터와 프로펠러 시스템과 컴퓨터 냉각 팬의 추력 곡선을 측정합니다. 추력 효율도 평가됩니다 (추력 힘 / 전력 입력). 측정된 추력 값은 측정된 공기 속도에 따라 이론적 예측과 비교됩니다.

출처: 알렉산더 S 래트너, 기계 및 원자력 공학부, 펜실베니아 주립 대학, 대학 공원, 펜실베이니아 이 실험에서는 배관 네트워크 및 내부 흐름 시스템의 압력 손실을 측정하고 모델링합니다. 이러한 시스템에서는 채널 벽, 피팅 및 장애물의 마찰 흐름 저항으로 인해 유체 압력의 형태로 기계적 에너지가 열로 변환됩니다. 허용 가능한 마찰 압력 손실을 보장하고 압력 강하 요구 사항을 충족하는 펌프를 선택하기 위해 흐름 하드웨어의 크기를 조정하는 데 엔지니어링 분석이 필요합니다. 이 실험에서 배관 네트워크는 튜브, 헬리칼 튜브 코일 및 팔꿈치 피팅 (날카로운 90 ° 굴곡)의 직선 길이라는 일반적인 흐름 기능으로 구성됩니다. 압력 손실 측정은 개방형 수직 컬럼에서 액체 수준별로 유체 압력을 측정하는 간단한 장치인 기마계를 사용하여 각 구성 요소 집합에 걸쳐 수집됩니다. 결과 압력 손실 곡선은 내부 흐름 모델의 예측과 비교됩니다.

출처: 알렉산더 S 래트너, 산제이 아디카리, 마디 나빌; 펜실베이니아 주립대학, 유니버시티 파크, 펜실베이니아 주 기계 및 원자력 공학과 신속한 냉각에 이어 제어된 가열은 많은 재료 처리 응용 분야의 중요한 요소입니다. 이 열 처리 절차는 높은 마모 환경에서 공구 또는 표면을 절단하는 데 중요한 재료 경도를 증가시킬 수 있습니다. 급속한 냉각 단계는 담금질이라고하며, 종종 유체 목욕(종종 물 또는 기름)에 물질을 담그면 수행됩니다. 담금질 열 전달은 강제 대류로 인해 발생할 수 있습니다 - 냉각수를 통해 빠르게 움직이는 물질의 작용이 열 전달 과정을 구동하고, 무료 대류로 인해 - 재료 표면 근처의 뜨거운 유체의 밀도가 감소하면 부력 구동 순환 및 열 전달을 야기한다. 재료 온도가 높을 때 절삭유가 끓어 열 전달 효과가 증가합니다. 그러나, 매우 뜨거운 재료가 담금질될 때, 그(것)들은 상대적으로 낮은 열 전도도 냉각수 증기에 담근 수 있습니다, 가난한 열 전송으로 이끌어 내는.

출처: 알렉산더 S 래트너와 마디 나빌; 펜실베이니아 주립대학, 유니버시티 파크, 펜실베이니아 주 기계 및 원자력 공학과 액체가 높은 속도로 열린 채널을 따라 흐르면 흐름이 불안정해질 수 있으며 약간의 장애가 발생하여 액체 상부 표면이 갑자기 더 높은 수준으로 전환될 수 있습니다(도 1a). 액체 레벨의 이러한 급격한 증가는 유압점프라고합니다. 액체 레벨의 증가는 평균 유량 속도의 감소를 야기한다. 그 결과 잠재적으로 파괴적인 유체 운동 에너지가 열로 소멸됩니다. 유압 점프는 댐 유출과 같은 대형 수작업으로 의도적으로 설계되어 손상을 방지하고 빠르게 움직이는 하천으로 인해 발생할 수 있는 침식을 줄입니다. 유압 점프는 또한 강과 개울에서 자연적으로 발생하며, 수꼭지에서 싱크대에 물의 방사형 유출과 같은 가정용 조건에서 관찰 될 수있다 (도 1b). 이 프로젝트에서는 오픈 채널 흐름 실험 시설이 건설됩니다. 수문게이트가 설치되며, 이는 업스트림 저수지에서 하류 유출로까지물의 배출...

출처: 알렉산더 S 래트너와 크리스토퍼 J 그리어; 펜실베이니아 주립대학, 유니버시티 파크, 펜실베이니아 주 기계 및 원자력 공학과 열교환기는 두 개의 유체 스트림 간에 열 에너지를 전달하며 에너지 시스템에서 유비쿼터스입니다. 일반적인 응용 분야에는 자동차 라디에이터(핫 엔진 냉각수에서 주변 공기로의 열 전달), 냉장고 증발기(냉장고 실 내부 공기 가용공기) 및 발전소의 냉각탑(물과 주변 공기를 증발시키는 응축 증기)이 있습니다. 이 실험의 목적은 열교환기를 위한 실험측정(등급)및 모델링 절차를 도입하는 것입니다. 이 실험에서는 수중 튜브 내 열교환기를 구성하고 평가합니다. 온도 및 유량 측정은 열 전달속도(Q)및 전체 전도도(UA)를 결정하기 위해 사용될 것입니다. 측정된 열교환기 UA는 기하학 및 작동 조건에 대한 예측값과 비교됩니다.

출처: 알렉산더 S 래트너와 크리스토퍼 J 그리어; 펜실베이니아 주립대학, 유니버시티 파크, 펜실베이니아 주 기계 및 원자력 공학과 이 실험은 증기 압축 냉장의 원리를 보여줍니다. 증기 압축 주기는 대부분의 냉장고, 냉동고, 에어컨 시스템 및 히트 펌프에서 발견되는 지배적 인 냉장 기술입니다. 이 사이클에서는 냉매의 저압 증발로 냉각(열 수집)이 달성됩니다. 증발에 흡수된 열 에너지는 고압 냉매 응축을 통해 주변 환경에 거부됩니다. 압축기에서 작업 유체를 저압에서 고압으로 높이기 위해 기계 작업이 적용됩니다. 냉장 기술은 유비쿼터스이지만 대부분의 냉장고의 은폐 포장 및 자율 작동으로 인해 주요 부품의 작동 원리와 기능을 이해하기가 어렵습니다. 이 실험에서는 초보적인 증기 압축 냉장고가 생성됩니다. 압축기는 자전거 펌프로 수동으로 작동하여 실험자가 시스템의 일부가 됨에 따라 사이클 작동을 직관적으로 인식할 수 있습니다. 그 결과 구성 요소 압력 및 온도는 유체-증기 상태(증발 및...

출처: 리카르도 메지아 알바레즈와 후삼 히크마트 자바, 기계 공학과, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI 핫 와이어 적혈구는 매우 짧은 시간 응답을 가지고, 이는 난류 흐름과 같은 급속하게 변동 현상을 측정하는 것이 이상적입니다. 이 실험의 목적은 핫 와이어 적정법의 사용을 입증하는 것입니다.

출처: 리카르도 메지아 알바레즈와 후삼 히크마트 자바, 기계 공학과, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI 난류 흐름은 적절한 특성에 대해 높은 시간 해상도를 가진 계측기가 필요한 매우 높은 주파수 변동을 나타낸다. 핫 와이어 적층계는 이 요구 사항을 충족하기에 충분한 시간 응답을 제공합니다. 이 실험의 목적은 난류 제트를 특성화하기 위해 핫 와이어 무모의 사용을 입증하는 것입니다. 이 실험에서는 이전에 보정된 핫 와이어 프로브를 사용하여 제트 내의 다른 위치에서 속도 측정을 얻을 수 있습니다. 마지막으로, 난류 필드를 특성화하기 위해 데이터의 기본 통계 분석을 시연할 것입니다. ...

출처: 리카르도 메지아 알바레즈, 후삼 히크마트 자바, 마흐무드 N. 압둘라티프, 기계 공학부, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI 관제법의 비선형 특성으로 인해 유체 모션은 복잡한 흐름 패턴을 유도합니다. 이러한 패턴의 본질을 이해하는 것은 수세기 동안 강렬한 조사의 대상이되어 왔습니다. 개인용 컴퓨터와 슈퍼컴퓨터는 유체 흐름 패턴을 추론하는 데 광범위하게 사용되지만, 복잡한 형상 또는 매우 관성 흐름(예: 점성 저항을 지배하는 경우)에 대한 정확한 흐름 거동을 결정하기에는 여전히 부족합니다. 이를 염두에 두고, 이론및 계산 도구에 접근할 수 없는 흐름 정권과 기하학에 도달할 수 있는 흐름 패턴을 분명하게 만드는 수많은 실험 기술이 개발되었습니다. 이 데모는 절벽 몸 주위의 유체 흐름을 조사할 것입니다. 절벽 본체는 형상으로 인해 대부분의 표면에 분리된 흐름을 일으키는 오브젝트입니다. 이는 스트림에 정렬되어 유동 분리가 적은 에어포일과 같은 유선형 바디와 는 대조적입니다. 이...

출처: 리카르도 메지아 알바레즈와 후삼 히크마트 자바, 기계 공학과, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI 이 실험의 목표는 유체 흐름이 동적 압력을 정적 압력으로 변환하여 구조에 힘을 미치는 방법을 보여주는 것입니다. 이를 위해, 우리는 평면 제트가 평평한 접시에 충돌하고 플레이트를 따라 결과 압력 분포를 측정합니다. 결과 력은 플레이트 표면을 따라 압력 분포와 적절하게 정의된 영역 차이 사이에 제품을 통합하여 추정됩니다. 이 실험은 제트의 방향과 두 개의 유량에 대하여 플레이트의 경사의 두 각도에 대해 반복됩니다. 각 구성은 플레이트를 따라 다른 압력 분포를 생성하며, 이는 플레이트 표면의 정적 압력으로 동적 압력을 변환하는 다양한 수준의 결과입니다. 이 실험을 위해 스캐닝 밸브에 연결된 다이어프램 압력 변환기로 압력을 측정합니다. 플레이트 자체는 호스를 통해 스캐닝 밸브에 연결하는 압력 탭이라는 작은 천포가 있습니다. 스캐닝 밸브는 이러한 탭에서 압력 변환기로 한 번에...

출처: 리카르도 메지아 알바레즈와 후삼 히크마트 자바, 기계 공학과, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI 이 실험의 목적은 유동 시스템의 성능을 결정하기 위해 에너지 보존 방정식의 적용을 입증하는 것이다. 이를 위해, 안정적이고 비압축성 유동을 위한 에너지 방정식이 게이트 밸브가 있는 짧은 파이프에 적용됩니다. 게이트 밸브는 점차 닫히면 유량 조건에 미치는 영향이 특징입니다. 또한, 이러한 흐름 시스템과 흐름을 구동하는 팬 간의 상호 작용은 시스템 곡선과 팬의 특성 곡선을 비교하여 연구된다. 이 실험은 밸브에서 에너지 소멸이 흐름을 제한하는 방법을 이해하는 데 도움이 됩니다. 또한, 동일한 원리에 따라, 이 실험은 날카로운 입구를 가로 질러 압력 변화를 사용하여 유량을 측정하는 간단한 방법을 제공합니다.

출처: 리카르도 메지아 알바레즈와 후삼 히크마트 자바, 기계 공학과, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI 본 실험의 목적은 제어부피(CV) 제형[1, 2]을 이용하여 유량계로서 유량계의 보정을 입증하는 것이다. CV 분석은 상세한 차동 해석을 통해 달성할 수 있는 상세한 설명이 아니라 엔지니어링 시스템에 대한 흐름의 거시적 효과에 초점을 맞추고 있습니다. 이력서 분석을 통해 엔지니어에게 유량 시스템을 설계할 때 추구할 경로에 대한 초기 기반을 제공하기 때문에 이러한 두 가지 기술은 상호 보완적인 접근 법으로 간주되어야 합니다. 대체로, CV 분석은 엔지니어에게 시스템에서 지배적인 질량 교환에 대한 아이디어를 제공하고, 이상적으로 차동 제형을 통해 상세한 설계 또는 분석을 추구하기 전에 취해야 할 초기 단계가 되어야 한다. 대량 보존을 위한 CV 제제의 주요 원리는 제어 표면(CS)으로 알려진 것에 동봉된 단순화된 부피에 의해 유동 시스템의 세부 정보를 대체하는 것이다. 이...

출처: 리카르도 메지아 알바레즈와 후삼 히크마트 자바, 기계 공학과, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI 본 실험의 목적은 대조군 부피 제형을 이용하여 주위의 흐름의 선형 모멘텀의 변화로 인해 신체에 대한 힘을 입증하는 것이다[1, 2]. 제어 볼륨 분석은 차동 해석을 통해 달성할 수 있는 자세한 설명이 아니라 엔지니어링 시스템에 대한 흐름의 거시적 효과에 중점을 둡니다. 이 두 가지 기술 각각은 엔지니어링 분석가의 도구 상자에 자리를 가지고 있으며, 경쟁 접근 방식이 아닌 보완적인 것으로 간주되어야 합니다. 대체로 제어 볼륨 분석은 엔지니어에게 시스템의 지배적 인 부하에 대한 아이디어를 제공합니다. 이것은 장치 또는 구조물을 설계할 때 어떤 경로를 추구해야 하는지에 대한 초기 느낌을 주며, 이상적으로차 제형을 통해 상세한 설계 또는 분석을 추구하기 전에 취해야 할 초기 단계가 되어야 합니다. 제어 볼륨 제제의 주요 원리는 제어 볼륨이라고 불리는 가상의 폐쇄표면에 의해 정의된...