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자유 미끄럼 경계 조건 Calculator
이 조건은 유체-고체 경계면에서 벽면 전단 응력이 0임을 명시하며, 접선 방향 흐름에 저항이 없음을 나타냅니다.
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Formula first
Overview
유체 역학에서 자유 활주 조건은 경계에 수직인 속도 구배가 0임을 의미하며, 이는 벽이 유체에 점성 항력을 가하지 않음을 뜻합니다. 이는 경계층 효과를 무시하는 높은 레이놀즈 수 흐름 시뮬레이션이나 이상화된 비점성 흐름 모델에서 근사치로 자주 사용됩니다. 이는 경계에서의 유체 속도가 경계의 속도와 같다고 가정하는 비활주 조건과 대조됩니다.
Symbols
Variables
= Dynamic Viscosity, = Velocity Gradient, = Shear Stress, = Shear Stress
Apply it well
When To Use
When to use: 점성 벽 효과가 무시할 수 있는 고체 표면에서 먼 이상화된 흐름 또는 영역을 모델링할 때 적용합니다.
Why it matters: 특정 경계면에서 점성 경계층을 해석할 필요를 제거함으로써 전산 유체 역학을 위한 Navier-Stokes 방정식을 단순화합니다.
Avoid these traps
Common Mistakes
- 저속 흐름에서 벽 근처의 실제 점성 유체에 자유 미끄러짐이 적용된다고 가정하는 것.
- 자유 미끄러짐을 대칭 경계 조건과 혼동하는 것.
One free problem
Practice Problem
동점도가 0.001 Pa·s인 유체에 대해, 자유 활주 경계 조건이 만족될 때 벽에서 필요한 속도 구배(dvx/dy)는 얼마입니까?
Hint: 공식은 음의 점도와 속도 구배의 곱을 0으로 설정합니다.
The full worked solution stays in the interactive walkthrough.
References
Sources
- White, F. M. (2011). Fluid Mechanics (7th ed.). McGraw-Hill Education.
- Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. (2006). Fundamentals of Fluid Mechanics. Wiley.
- NIST CODATA
- IUPAC Gold Book
- Wikipedia: Free-slip boundary condition
- White, Frank M. Fluid Mechanics. 8th ed., McGraw-Hill Education, 2016.
- NIST Chemistry WebBook
- White, Frank M. Fluid Mechanics. McGraw-Hill Education, 2016.