초록 ▼

본 연구는 고분자, 입자분산현탁액, 다공질 유동 등 복잡유체(complex fluids)의 대용량 미세유동해석을 위한 빠르고 효율적인 반복계산기법(iterative solver)의 개발과 이를 이용한 대용량 입자분산계 및 다공질 유동의 직접수치해석(DNS) 시스템 개발을 목표로 하였으며, 1차년도와 2차년도는 대용량 수치해석을 위한 빠른 계산기법개발을 수행하였고, 2차년도 및 3차년도에서는 이를 이용하여 입자분산 현탁액의 유동해석과 다공질 유동에서의 입자침전 및 필터링 연구를 수행하였다. 연구성과는 다음과 같이 정리될 수 있다.

본 연구는 고분자, 입자분산현탁액, 다공질 유동 등 복잡유체(complex fluids)의 대용량 미세유동해석을 위한 빠르고 효율적인 반복계산기법(iterative solver)의 개발과 이를 이용한 대용량 입자분산계 및 다공질 유동의 직접수치해석(DNS) 시스템 개발을 목표로 하였으며, 1차년도와 2차년도는 대용량 수치해석을 위한 빠른 계산기법개발을 수행하였고, 2차년도 및 3차년도에서는 이를 이용하여 입자분산 현탁액의 유동해석과 다공질 유동에서의 입자침전 및 필터링 연구를 수행하였다. 연구성과는 다음과 같이 정리될 수 있다.
◦ 복잡유체 직접수치해석을 위한 궁극적인 O(N) 해석기법 세계최초 개발: 점탄성 고분자 유동과 복잡한 미세구조를 갖는 다공질 유동에 대해 Stokes 유동에만 제한적으로 적용되고 있는 Multigrid 기법과 Krylov subspace 기법의 조합을 CPU시간과 메모리 사용이 변수의 수에 비례하는 궁극적인 O(N) 해석기법을 세계최초로 개발하였으며, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 포함 논문 2편 게재 및 동 저널 논문 포함 논문 2편 준비 중에 있음.
◦ 고분자 유체 유동에서 미세입자구조와 유변학적 물성의 상관관계를 최초로 수치해석으로 규명: 미세입자가 분산된 점탄성 고분자유체 유동에서 입자의 구조형성(띠형성, 클러스터 형성 등)과 유체의 유변학적 물성의 상관관계를 최초로 수치해석을 통해 밝혀, 고분자의 relaxation time, 유동의 전단율, 솔벤트 유체의 점도와 입자의 구조형성에 대한 phase diagram을 제시하였으며, Macromol. Mater. Eng. 에 연구내용을 2011년 게재하여 Langmuir, J. Chem. Phys. (2회), J. Non-Newt. Fluid Mech. (2회) 등 분야 저명학술지에서 현재 8회 인용을 받았음.
◦ 다공질 매질에서의 입자침전 및 필터링에 대한 직접수치 해석기법 개발: 고기능성 복합재료 성형에 필수적인 입자분산 수지의 다공질 매질 내의 거동을 입자와 유체의 hydrodynamic interaction과 다공질 매질의 interfacial slip과 seepage 유동을 모두 고려한 직접수치해석 기법을 개발하여, 다공질 매질 표면에서의 입자침전 및 필터링 현상을 규명하였고, 복합재료 성형분야의 최고 저널인 Composites Part A에 2편의 논문을 게재하고, 분야 주요저널인 J.Compos. Mater.에 2편의 논문을 게재함. 현재 점탄성 유체의 다공질 매질유동에 대해 J. Non-Newt. Fluid Mech. 논문을 준비 중임.
본 연구과제 수행을 통해 논문 9편 게재(SCI급 8편 포함), 국제학술대회 14회 발표, 국내 학술대회 14건 발표를 수행하였으며, 논문실적 외의 추가적인 성과는 다음과 같다.
◦ 2012년 한국유변학회 신진학술상 수상(연구책임자), 포스터 논문상(대학원생)
◦ 2012년 International Symposium on Applied Rheology 초청강연
◦ 활발한 국제공동연구 수행: 국제공동연구 3건 (영국 리즈대학, 미국 델라웨어 대학, 네덜란드 아인트호벤 대학) 및 해외학자 유치 3건(아인트호벤공대 대학원생 3개월 인턴연구초청를 포함하여 일본 야마가타 대학 Takahashi 교수 및 스웨덴 Lulea공대 Lundstrom 교수 초청)