Abstract
The purpose of this study was to develop of the smoke flow visualization device of learning wind tunnel, teaching-learning materials in order to demonstrate air-flow around the fluid-flow field qualitatively and understand the resistance concepts of fluid-flow in secondary school. The contents of this study were consisted of the development and experiment of smoke flow visualization for learning wind tunnel. The main results of this study were as follows: First, this developed teaching-learning material here will help students understand the fundamental physical phenomena related with the resistance of fluid and the various patterns of air-flow in the field of transportation technology. Second, flow visualization has shown the same tendency in both of theoretical and experimental patterns. Third, the airfoil model has the smallest wake region meaning resistance against air-flow of circular cylinder and square rod model. Forth, flow separation point at leading edge and wide wake region began to show under the angle of attack of airfoil model ${\alpha}$ is $20^{\circ}$. Fifth, the wake width of the flow field behind a golf ball with dimple became slightly narrower than that without dimple. Sixth, the developed device was made to apply the teaching and learning materials for the experiment and practice in order to increase students' interest and attitude.
본 연구는 중등학교 학생들에게 유동장 주위의 유체의 흐름을 정성적으로 설명할 수 있고 유체의 저항 개념을 쉽게 이해시키기 위해 학교 현장에 적용 가능한 교수-학습용 자료인 학습용 풍동의 연기 유동 가시화 장치를 개발하였다. 연구의 내용은 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발과 이를 활용한 실험으로 이루어져 있다. 이 연구에서 얻은 주요 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 수송 영역에서 다양한 유체의 흐름 형태와 저항 개념을 이해시킬 수 있는 교수-학습 자료를 개발하였다. 둘째, 유동가시화 실험을 통하여 실험 모델에 따른 유체의 흐름은 이론적인 유동 패턴과 전체적으로 비슷한 경향성을 보였다. 셋째, 공기의 저항을 의미하는 후류 영역은 유선형 모델이 원형이나 사각형 모델에 비해 훨씬 작게 나타났다. 넷째, 유선형 모델의 받음각을 $20^{\circ}$로 하였을 때 앞전(leading edge)에 생기는 박리점과 넓은 영역의 후류를 관찰할 수 있었다. 다섯째, 골프공과 매끈한 공의 비교실험에서 딤플이 있는 골프공 모델 하류에 형성되는 후류영역의 폭(wake width)은 다소 좁아짐을 관찰할 수 있었다. 여섯째, 수송 영역에서, 자동차나 항공기에 대한 관심과 흥미를 증진 시킬 수 있는 실험 실습 교수-학습 자료로 활용할 수 있도록 개발하였다.