스트로할 수 계산기 (St)

St를 시간의 비로 읽기

St = fL/v는 유체가 길이 L을 지나가는 시간 L/v를 진동 주기 1/f로 나눈 값입니다. St = 0.2라면 유체가 원기둥 지름만큼 이동하는 동안 진동이 한 주기의 5분의 1만큼 진행한다는 뜻입니다. 이렇게 시간의 비로 바꾸면 크기와 속도가 다른 실험의 주파수를 하나의 숫자로 비교할 수 있습니다.

식을 뒤집은 f = St·v/L은 St를 알고 있을 때 진동 주파수를 어림하는 데 씁니다. 같은 St라면 속도가 두 배일 때 주파수도 두 배가 됩니다.

변수와 SI 단위

주파수를 넣을 때 확인할 것

• f는 Hz(초당 횟수)입니다. 회전수 rpm은 60으로 나눠 Hz로 바꿉니다. 3000 rpm은 50 Hz입니다.
• 각진동수 ω(rad/s)를 알고 있다면 2π로 나눠야 f가 됩니다. ω를 그대로 넣으면 St가 약 6.28배 커집니다.
• 원기둥 뒤 와류 방출에서 양력 변동은 방출 주파수와 같지만 항력 변동은 그 두 배 주파수로 나타납니다. NASA NPARC 원기둥 검증 사례도 같은 이유로 항력 계수 대신 후류 한쪽의 속도 신호에서 주파수를 읽습니다.
• 원기둥이라면 지름을, 다른 물체라면 흐름에 수직인 폭을 L로 쓰는 것이 일반적입니다.

0.2라는 값을 어떻게 볼까

NASA TM 107730은 원기둥 소음 첨두 주파수로 구한 St가 60 < Re < 10⁶ 범위에서 거의 0.2로 일정하다고 보고합니다. 반면 NASA NPARC 사례가 인용한 Re = 150 실험값은 0.179–0.182입니다. 계산 결과가 0.2와 다르다고 바로 오류로 보지 말고, 그 흐름의 Re와 형상, L의 정의, 주파수를 측정한 신호를 먼저 맞춰 봅니다. 결과가 0.4 근처라면 2배 주파수 신호를 읽었을 가능성이 큽니다.

계산기 입력으로 따라 하는 예제

관련 해설과 계산기

기본 해설

• 스트로할 수 해설: 예제와 주의점: 케이블, 온도계 보호관, NASA CFD 검증 사례로 St ≈ 0.2를 쓰는 조건을 다룹니다.

계산 노트

• 표면장력과 비정상 유동: 힘의 비와 시간의 비 연결하기: 이 계산기의 St를 이송 시간과 진동 주기의 비로 다시 확인하고, 모세관 시간과 비교하는 계산이 이어집니다.

관련 계산기

• 레이놀즈 수 (Re): 원기둥 뒤 와류 방출의 St는 Re에 따라 달라지므로 두 값을 함께 적습니다.
• 웨버 수 (We): 모세관 시간 √(ρL³/σ)과 이송 시간 L/v의 비를 제곱하면 We가 됩니다. 경계면 진동은 St와 함께 비교합니다.
• 프루드 수 (Fr): 자유 수면의 주기 운동에서는 중력 효과(Fr)와 진동 시간(St)을 함께 확인합니다.