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공학 과학기술 계산194

부력 (buoyant force) 계산 부력 (buoyant force)은 유체가 물체에 가하는 상대적인 힘이다. 중력이 존재하는 모든 액체와 기체는 그 안에 놓인 물체에 위쪽으로 향하는 힘을 가한다. 유체는 물체에 이 힘 (부력)을 가하여 물체를 뜨게 하며, 이 힘의 크기는 대체된 액체의 무게와 정확하게 같다. 부력이 물체의 무게보다 작은 경우 물체의 무게가 부력을 이겨 가라앉게 된다. 부력은 수영하는 사람, 배, 빙산 등이 물에 떠 있는 것을 가능하게 하며, 열기구나 풍선이 공기중에 떠 있게도 한다. 아래 식을 통해 부력을 구할 수 있다. (식 1) 부력, Fb (N) = ρ * g * V = ρ * g * h * A ρ : 유체의 밀도 (kg/m3) V : 물체가 잠긴 부분의 부피 (m3) g : 중력가속도, 9.80665 (m/s2) .. 2024. 4. 8.
누셀 수 (너셀 수, Nusselt Number) 계산 누셀 수 (Nusselt Number)는 유체 경계 에서 경계를 통과하는 대류 열 전달과 전도성 열 전달의 비율로 정의된다. Nu로 표시되며, 열유체 연구에 사용되는 유체와 고체 표면 사이의 열 전달 속도를 설명하는 데 사용하는 무차원 수이다. 일반적으로 유체 이동이 열 전달에 영향을 미치는 열 교환기, 공조기기, 기계 냉각시스템 및 기타 열 시스템과 관련된 상황에서 사용된다. 누셀 수는 유체 특성, 흐름 특성, 표면 거칠기 및 열전달 시스템 등의 영향을 받는다. Nu = 1 이면 대류가 거의 없이 전도로만 열이 전달되는 것을 의미하며 정지된 유체를 나타낸다. Nu > 1 이면 대류에 의한 열 전달이 전도를 통한 열 전달을 능가함을 나타내며, 일반적으로 1~10은 슬러그 흐름 또는 층류 흐름을, 100 .. 2024. 4. 7.
포화 습도 비율 (Maximum saturation humidity ratio of air) 과 포화 압력 (Saturation Pressure) 계산 포화 습도 비율 (Xs)은 해당 온도와 압력 조건에서, 포화된 습한 공기의 비율이다.이 때, 해당 온도에서 수증기의 포화 압력 일 때, 공기중 최대 포화 습도 비율에 달성한다. (식 1) Xs = 0.62198 Pws / (Pa - Pws) Xs : 공기의 최대 포화 습도 비율 (kg/kg)Pws : 주어진 온도에서 수증기의 포화 압력 (Pa) 위의 계산은 이 문서를 참조하기 바란다. 수증기의 포화 압력은 공기 증기 혼합물의 온도에 따라 달라지며 다음과 같이 표현된다. (식 2) Pws = e^(77.345 + 0.0057 T - 7235/T - 8.2 ln T)   Pws : 수증기 포화압력 (Pa)T : 습한 공기의 건구 온도 (K) 온도, T (℃) : 지우기     .. 2024. 4. 5.
공기중 습도 비율 (Humidity ratio of Air) 계산 습도 비율은 공기 중의 건조한 공기의 질량에 대한 습한 공기의 수증기 질량의 비율로 정의한다. 습도 비율은 1) 건조하고 습한 공기의 질량이나, 2) 건조하고 습한 공기의 분압을 아래 식에 입력하여 계산할 수 있다. 1) 질량별 습도 비율 (식 1) X = Mw / Ma X = 습도 비율 (kg, water/kg, dry_air) Mw : 수증기의 질량 (kg) Ma : 건조 공기의 질량(kg) 예시. 증기 질량 = 100 kg, 건조 공기 질량 = 100 kg 라면, 습도 비율 = 1 kg/kg 이다. 2) 증기분압에 따른 습도 비율 (식 2) X = 0.62198 Pw / (Pa - Pw) Pw : 습한 공기 중 수증기의 부분압 (Pa) Pa : 습한 공기의 대기압 (Pa) 예시. 증기분압 (Pw) .. 2024. 4. 5.
물 표면의 증발 속도 (Evaporation Rate of Water) 계산 및 물의 증발열 수영장, 연못 등의 수면에서 물의 증발 속도는 온도, 습도, 공기 흐름 및 공기에 노출되는 액체의 표면적에 의해 영향을 받는다. 증발된 물의 양은 다음과 같이 표현할 수 있다. (식 1) gh = Θ * A * (Xs - X) gh : 시간당 증발된 물의 양 (kg/h) Θ : 증발 계수 (kg/m2-h), Θ = ( 25 + 19 v ) v : 수면 위의 공기 속도 (m/s) A : 공기-물 표면의 면적 (m2) Xs : 수면과 동일한 온도에서 포화 공기의 최대 습도 비율 (kg/kg : 건조 공기 중에 H2O 량) X : 공기 습도 비율 (kg/kg : 건조 공기 중에 H2O 량) 수온이 20 ℃ 인 30 m x 15 m 수영장의 물 증발량을 구해보자. 수면 위 공기의 최대 포화 습도 비율 0.014.. 2024. 4. 4.
레이놀즈 수 (Re, Reynolds Number)계산 레이놀즈 수 (Re)는 유체의 관성력과 점성력 의 비율로 정의되며, 레이놀즈수는 무차원수이다. 여기서 관성력은 유체의 운동량과 관련이 있다. 그들은 속도 변화에 저항하고 유체 운동이 계속 되도록 한다. 점성력은 운동을 방해하고 흐름을 느리게 만든다. 레이놀즈 수는 아래 식으로 구한다. (식 1) Re = inertial force / viscous force = ρVL /μ = VL / ν ρ : Density of the fluid (kg/m3) V : Velocity of the flow (m/s) L : 특성 길이 (characteristic length) (m) μ : Dynamic viscosity of the fluid (kg/m⋅s = 1,000 cP) ν : Kinematic viscosi.. 2024. 4. 4.
동적 점도와 동점도 (Dynamic and Kinematic Viscosity) 간 변환 계산 동점도 (Kinematic Viscosity)는 운동량 확산성이라고도 하며, 단위 밀도당 유체의 절대 점도 (Absolute Viscosity, Dynamic Viscosity)를 나타내는 물리량의 척도이다. 일반적으로 유체 밀도 ρ에 대한 동적 점도 μ의 비율으로, 즉, 절대 점도 (Absolute Viscosity, Dynamic Viscosity)를 밀도(Density)로 나눈 값이다. (식 1) ν (St) = μ (P) / ρ (g/cm3) = (g/cm-s) / (g/cm3) = cm2/s = St 동점도의 단위는 cm2/s (= St) 이며, 물의 경우, 20 ℃에서 동점도는 1 cSt (=0.01 St) 이다. 위 식으로부터, 절대 점도 (동적 점도)는 동점도에 밀도를 곱하여 구한다. (식.. 2024. 4. 3.
동점도 (Kinematic Viscosity) 단위 변환 아래 계산기로 cSt, St, cm2/s , m2/hr, in2/s, ft2/s 등의 동점도 (Kinematic Viscosity)의 단위를 쉽게 변환할 수 있다. 동점도 (Kinematic Viscosity)는 절대점도 (Absolute Viscosity)를 밀도(Density)로 나눈 값으로, 단위는 cm2/s (=St) 이며, St (Stockes)는 큰 값이므로 100분의 1 값인 cSt를 주로 사용한다. HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 2024. 4. 2.
일 (Work) 로부터 가속도 (Acceleration) 계산 일, 힘, 거리, 가속도 사이의 관계는 뉴턴의 운동 제2법칙에 기초한다. 뉴턴의 제2법칙에 따르면 일정한 힘 (F)이 가해질 때 물체의 가속도 (a)는 물체의 질량 (m)에 반비례한다. 질량이 클수록 동일한 일 (W)에 대한 가속도가 작아진다. 아래 식과 같이, 일 (W)은 물체에 가해진 힘에 그 힘으로 인해 물체가 이동한 거리 (d)를 곱한 값이다. (식 1) W = F * d = ma * d 총 일 (Total Work)로부터 가속도를 결정하기 위해, 위의 식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다. (식 2) a = W/d ÷ m a : 가속도 (m/s²) W : 총 일 (N·m) d : 거리 (m) m : 질량 (kg) HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 예를 들어, 물체를 5 m 거리로 이동시키기 .. 2024. 4. 2.
헤르츠 (Hz)에서 라디안/초 (rad/sec)로 단위 변환 주파수는 일반적으로 라디안/초 단위의 각주파수 ω 또는 헤르츠 (Hz) 단위라고도 하는 1/초 단위의 ƒ로 표시한다. 1 헤르츠 (Hz)는 초당 1사이클의 주파수로 정의된다. 초당 라디안 (rad/sec)은 각주파수 또는 회전 속도를 측정한 값으로, 1 초 동안 물체의 각도 방향 변화와 동일하다. 헤르츠에서 rad/sec로 변환식은 아래와 같다. (식 1) 1 Hz = 2π rad/s = 6.2831853 rad/s (식 2) 1 rad/s = 1/2π Hz = 0.15915494309189535 Hz HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 예를 들어, 초당 50번 회전하는 회전 개체가 있다고 가정해 보자. 이 주파수를 초당 라디안으로 변환하려면 헤르츠 단위의 주파수에 2π(라디안 단위의 1회전을 나타냄.. 2024. 4. 2.
펄스 레이저 Energy Density 계산 펄스 레이저에서 레이저 에너지 밀도 (Energy Density) 또는 레이저 플루언스 (Fluence)는 단위(또는 유효) 면적당 전달되는 에너지를 나타낸다. 또한, 일반적으로 펄스 레이저는 짧은 주기로 반복적으로 출력을 발생하므로 평균 파워 (Average Power)를 사용하기도 한다. (식 1) Energy Density (J/cm2) = Energy Per Pulse (J) / Beam Area (cm2) (식 2) 평균 파워 (W) = Energy Per Pulse (J) * Repetition Rate (Hz) 식 1과 2로부터, 에너지 밀도는, 아래와 같이 변경할 수 있다. (식 3) Energy Density (J/cm2) = 평균 파워 (W) / [Repetition Rate (Hz) .. 2024. 4. 1.
표피 효과, 표면침투 깊이 (표피 깊이, Skin Depth) 계산 표피 효과는 도체 표면에 교류 전류가 불균일하게 분포되는 현상이다. 이 효과는 주파수에 따라 증가한다. 이 때, 무선 주파수와 같은 고주파수에서는 실제로 전체 전류는 주로 도체의 외부 표면과 표면침투 깊이 (표피 깊이) 사이의 "외피"에서 흐르며, 전류 밀도가 도체 표면 근처에서 가장 크고 도체의 깊이가 깊어질수록 기하급수적으로 감소한다. 일반적으로 표피 깊이는 전류 밀도가 표면 근처 해당 값의 1/e(= 0.3678, 약 36.8 %)로 감소하는 도체 표면의 깊이로 정의한다. (e : Napier’s constant) 아래 식으로 표피 깊이를 계산하려면 AC 신호의 주파수, 전도성 물질의 저항률 및 상대 투자율을 입력하면 된다. (식 1) δ = SQRT ( 2ρ / ω μ ) = SQRT ( 2ρ /.. 2024. 4. 1.

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