Classification of Fluids

Fluid

 - In Fluid Dynamics, Fluid를 어떤 크기의 전단 응력(Shear Stress) 또는 외부 힘(External Force)이 작용할 때 연속적으로 변형하는 물질을 의미

 - Solid 대비 Fluid 內 분자 사이 거리는 큼 → 입자 간의 상호작용 힘이 약하므로 Shear Stress 또는 External Force에 의해 연속적으로 변함

 - 위와 같은 이유로 매우 작은 Volume 안에서 분자 수는 지속적으로 변함 (분자 간의 거리가 크기 때문) → Density가 계속 변함 → 충분한 Volume에서는 이런 효과 무시 가능 → Fluid는 보통 연속체로 가정

 

Fluid Continuum Hypothesis

 - 물체를 작은 요소로 무한히 나누어도 그 작은 요소가 전체로서의 물질의 성질을 그대로 유지함

 - Fluid 內 미시적으로 아주 작은 영역은 입자들이 가득찬 영역이 아닌 빈 공간으로 이뤄짐 → 빈 공간일 경우 Density 값이 Noise처럼 일정하지 않음 → 연속체 가정일 경우, Noise가 사라지고 일정한 Density를 보여줌 → 거시적으로 Fluid의 Density를 논의할 수 있음

 - 위와 같이 연속체 가정을 할 경우, Fluid의 유동을 단순화 & 수학적 해석이 가능함

 

Different Types of Fluids

Compressible Fluid (압축성 유체)

 - Volume이 변하는 Fluid → 압력 변화에 대해 발생하는 Density, Volume 등의 변화를 무시할 수 없는 Fluid

 - Gas(기체)가 대표적인 Compressible Fluid → Gas에 압력을 가하면 Volume 감소

   : Gas의 경우 유속이 특정 속도를 기준으로 더 빠르면 Compressible, 느리면 Incompressible로 구분

 

Incompressible Fluid (비압축성 유체)

 - 압력 변화 時, Volume 변수의 변화를 무시 가능한 Fluid → 압력이나 유속에 변화가 있어도 Volume이 변하지 않아 Density 같은 값이 일정한 Fluid (변화량이 매우 미비하여 무시 가능한 Fluid)

 - Fluid가 가장 대표적인 Incompressible Fluid

 

Viscous Fluid (점성 유체) = Real Fluid

 - 점성을 가진 Fluid를 의미함 → 실제 모든 Fluid는 점성 有 → Fluid 유동 時, 점성력 발생 → 점성의 크기에 따라 유동 차이 발생

 - Reynolds Number를 이용하여 Viscous Fluid 판단

   : Reynolds Number는 점성력(분모, 반비례)에 대한 관성력(분자, 비례)의 비를 나타내는 무차원수

 

Inviscid Fluid (비점성 유체)

 - 점성의 영향을 무시하는 Fluid → Reynolds Number가 매우 큰 경우 점성 무시 → Inviscid Fluid 가정

 

Newtonian Fluid (Newton 유체)

 - Newton's Law of Viscosity를 만족하는 Fluid

   : 점성에 의한 Shear Stress가 속도구배(전단 변형률)에 비례하는 Fluid

   : Water, Alcohol 같은 보통의 Fluid는 Newtonian Fluid로 간주하지만, 고분자 용액 같은 Fluid는 입자 간의 상호작용으로 인해 전단응력과 속도 구배가 비례하지 않아 Non-Newtonian Fluid로 판단