초록 ▼

최근 물리, 생물, 화학, 지질 및 정책을 포함한 경제사회적 연구가 전체 기초 학문 및 해양관련 학문에서 융합이라는 측면에서 확장되고 서로 교차되고 있다. 이러한 측면에서 볼 때 무엇보다 얇은 층의 발견이 가지고 있는 학문적 의미는 생태학적 문제에 물리학적 방법론이 적용되어 기존의 한계를 넘으려는 시도라는 점에서 주요할 것이다. 얇은 층의 형성에서 물론 생물학적 화학적 요인이 매우 중요함에 틀림이 없다.
그럼에도 불구하고 성층이라는 물리적 수괴구조의 역학적 요인만을 고려하여도 어느 정도 형성 과정을 설명할 수 있음을 과거와 현

최근 물리, 생물, 화학, 지질 및 정책을 포함한 경제사회적 연구가 전체 기초 학문 및 해양관련 학문에서 융합이라는 측면에서 확장되고 서로 교차되고 있다. 이러한 측면에서 볼 때 무엇보다 얇은 층의 발견이 가지고 있는 학문적 의미는 생태학적 문제에 물리학적 방법론이 적용되어 기존의 한계를 넘으려는 시도라는 점에서 주요할 것이다. 얇은 층의 형성에서 물론 생물학적 화학적 요인이 매우 중요함에 틀림이 없다.
그럼에도 불구하고 성층이라는 물리적 수괴구조의 역학적 요인만을 고려하여도 어느 정도 형성 과정을 설명할 수 있음을 과거와 현재의 연구를 통해 알 수 있었다. 이러한 경향은 식물 및 동물 플랑크톤의 얇은층 모두에서 발견되었는데, 유체학적 설명이 해양생태학적 문제 해결에 도움이 될 수 있는 좋은 예를 보여 준 것이라고 판단된다. 기존의 난류를 이용한 비 성층 유체에서의 플랑크톤 거동은 여전히 많은 연구가 필요한 부분으로 난류가 가지고 있는 일관성구조와 플랑크톤의 유영능력 등의 상호작용의 이해는 미세 구조하의 플랑크톤의 식생, 성장 및 재생간을 이해하는 데 있어 매우 중요한 요소이다. 이러한 미세 측면에서의 연구결과가 전체 군집에 대한 해석의 확장에서는 여전히 많은 난제를 가지고 있는 것이 사실이지만, 향상된 수치해석 기법과 실험실 실험 그리고 첨단 현장 측정 기법등을 통해 조금씩 해결되어 가고 있다. 밀도차가 존재하지 않는 미세구조 내에서의 플랑크톤의 거동의 이해는 이제 성층이 존재하는 곳에서 대단위 군집의 이해로 확장되었으며, 이러한 이해는 플랑크톤의 생태를 이해하는데 상당한 기여를 하였으나 여전히 많은 문제점을 해석에서 가지고 있다.
이와 더불어 본 연구에서는 CFD (Computational Fluid Dynamics) 기법을 활용하여 거동의 모의하고 새로운 해석 방법인 LBM (Lattice Boltzman Method)를 적용하고자 시도하였다. 유체 흐름의 상태를 기술하는 방식에는, 유체를 연속체로 보거나 이산체로 보고 해석하는 방식으로 나눌 수 있다. 현재까지 유체를 해석하는 방식의 대부분, 연속체로 보는 방식으로 Navier-Stokes equation을 기반으로 두고 해석한다. 그러므로 전통적인 방식으로 접근하는 것이 흐름의 해석 결과 값의 정확성을 신뢰할 수 있다. 하지만 Navier-Stokes equation을 수치모의로 계산 할 때, 유한체적법, 유한요소법, 유한차분법등과 같은 수치해석적인 방법을 사용하는 것과 컴퓨터 언어로 변환하는 과정에서 실제 값과 해석 값 사이에서 오차가 발생한다. 반면에 유체를 이산체로 보고 해석하는 방식 중, Boltzmann equation을 지배방정식으로 사용하는 Lattice Boltzmann Method(LBM) 경우에는, 지배방정식이 이산형태이므로 수치해석적인 근사 없이 계산이 가능하고, 컴퓨터 언어로의 변환이 용이하다. 또한 미분방정식을 풀지 않아도 되기 때문에 복잡한 경계와 다상의 유체 해석에 용이하다. 하지만, 기존의 흐름에 관한 해석이 모두 Navier-Stokes equation 기반으로 이루어 졌기 때문에, LBM의 경우 기존의 방식과 비교하여, 해석 값의 정확성과 모델의 안정성 확보가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구는 LBM의 메커니즘 이해에 용이하고, 해석 해가 존재하는 Poiseuille flow를 이용하여, LBM의 결과 값의 정확성과 모델의 안정성을 확인하기 위해 Navier-Stokes equation 기반의 모델과의 비교하였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• III. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8