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초음파장에서 진동하는 액체 속의 가스 기포가 초음파에 의해 동기화되어 성장 후 급격히 수축을 하게 되는데 수축 시 기포로부터 빛을 발생하는 현상을 음파발광이라 한다. 음파발광 현상 및 초음파를 이용한 신물질 제조 공정 등을 이해하기 위해서는 초음파장에서의 진동하는 비선형 기포 거동을 해석하는 것은 매우 중요하다.
특히 황산 용액에서 거동하는 기포의 경우 물에서 보다 2,700 배 이상 밝은 빛이 발생하고 용해된 가스의 농도를 조절하여 기포의 평형반경을 조절할 수 있으며 초음파의 가진압을 변화시켜 다양한 기포 운동의 비선형적인 패턴을 얻을 수 있다.
기포 거동을 예측하기 위하여 일반적으로 사용되는 폴리트로픽 관계식을 이용하여 황산용액에서 진동하는 기포의 거동을 계산해 본 결과 기포의 거동을 전혀 예측할 수 없었으며 계산된 기포의 온도와 압력은 측정한 값과 상당한 차이를 가지는 것으로 확인되었다. 한편 기포와 액체 사이의 ...

초음파장에서 진동하는 액체 속의 가스 기포가 초음파에 의해 동기화되어 성장 후 급격히 수축을 하게 되는데 수축 시 기포로부터 빛을 발생하는 현상을 음파발광이라 한다. 음파발광 현상 및 초음파를 이용한 신물질 제조 공정 등을 이해하기 위해서는 초음파장에서의 진동하는 비선형 기포 거동을 해석하는 것은 매우 중요하다.
특히 황산 용액에서 거동하는 기포의 경우 물에서 보다 2,700 배 이상 밝은 빛이 발생하고 용해된 가스의 농도를 조절하여 기포의 평형반경을 조절할 수 있으며 초음파의 가진압을 변화시켜 다양한 기포 운동의 비선형적인 패턴을 얻을 수 있다.
기포 거동을 예측하기 위하여 일반적으로 사용되는 폴리트로픽 관계식을 이용하여 황산용액에서 진동하는 기포의 거동을 계산해 본 결과 기포의 거동을 전혀 예측할 수 없었으며 계산된 기포의 온도와 압력은 측정한 값과 상당한 차이를 가지는 것으로 확인되었다. 한편 기포와 액체 사이의 열전달이 고려된 Navier-Stokes 방정식의 해석해를 이용하여 계산한 결과 황산용액에서 실험적으로 측정된 기포 운동 패턴을 정확히 예측할 수 있었고 계산된 기포벽의 속도는 물론 기포의 압력과 온도 등은 실험치와 매우 잘 일치하였다.
황산용액에서 주기에 따라 빛의 발산이 번갈아 나오는 기포의 경우는 평형반경이 15 정도인데 현재의 컴퓨터 장치로는 계산할 수 없는 개의 분자가 들어있어, 스케일 변환을 통하여 분자동력학 시뮬레이션을 수행하였다. 이때 기포와 액체 사이에 열전달 효과를 살펴보기 위하여 분자의 운동 에너지의 변화가 없는 단열 조건, 기포벽 온도가 환경온도와 같은 등온조건 그리고 열경계층으로부터 구해진 기포벽 온도에 의한 열전달이 고려된 경계 조건 등을 사용하여 계산한 결과 경계조건에 따라 기포 내부의 압력, 온도분포 등이 상이하게 다른 것을 알 수 있었다.
또한 수 MHz의 가진주파수에서 거동하는 나노 크기의 평형반경을 가지는 기포에 대하여 분자동역학을 수행하였으며 특히 다양한 크기로 스케일 변환을 실행하여 그 차이를 비교해 본 결과 거의 차이가 없었다.

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