초록 ▼

○ 연구목표
범죄현장에서 종종 볼 수 있는 혈흔 들은 일반적으로 사건에 대한 많은 정보들을 가지고 있다. 혈흔으로부터 사건 당시의 정보를 얻기 위해서 혈액 패턴 분석을 수행하는데 이 때 혈액방울의 크기, 혈액의 입사 속도, 입사각으로 분류하여 분석을 진행한다. 여기서 고려하는 물리량들은 타겟표면에서 혈액이 비산되는 과정에서 중요한 변수들이다.
그런데 혈액 또는 액체 방울이 둔각이나 비교적 큰 각도로 입사할 때에 대한 해석 기법은 잘 정립되어 있는 반면에 작은 예각으로 입사할 때에 대해 진행된 연구와 정립되어 있는 이론

○ 연구목표
범죄현장에서 종종 볼 수 있는 혈흔 들은 일반적으로 사건에 대한 많은 정보들을 가지고 있다. 혈흔으로부터 사건 당시의 정보를 얻기 위해서 혈액 패턴 분석을 수행하는데 이 때 혈액방울의 크기, 혈액의 입사 속도, 입사각으로 분류하여 분석을 진행한다. 여기서 고려하는 물리량들은 타겟표면에서 혈액이 비산되는 과정에서 중요한 변수들이다.
그런데 혈액 또는 액체 방울이 둔각이나 비교적 큰 각도로 입사할 때에 대한 해석 기법은 잘 정립되어 있는 반면에 작은 예각으로 입사할 때에 대해 진행된 연구와 정립되어 있는 이론 모델은 매우 적다. 특히, 액체 방울의 입사각을 조절할 때 타겟표면의 특성과 혈흔의 퍼짐 사이에 관한 연구는 거의 없다.
본 연구에서는 입사각을 조절할 때 타겟표면 특성이 혈흔의 크기와 형태에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 또한, 이러한 분석 결과들을 토대로 입사각이 10°<θ<40°에 대한 혈액 방울의 충돌 조건과 혈액 패턴 사이의 수학적 연관성을 찾아내었다.
○ 연구내용
최근 몇 년 동안 수직 충격 조건의 경우 혈액 방울이 표면에 충돌 했을 때의 퍼짐 형상과 혈액방울의 fingering 현상에 대한 이론적 모델과 실험 값을 통해 혈흔형상에 대한 물리적 연구에 대한 이해가 크게 증가 되어지고 있다. 이에 최근에 전산 장비의 발달 및 보급과 함께 수치해석적인 방법을 이용하기 위한 전산유체역학 분석 방법은 많은 발전을 이루어 왔다. 이에 따라, 이론이나 실험적인 방법을 대신할 수 있는 전산유체역학을 통해 유체의 유동현상에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구의 핵심은 혈흔패턴에 대한 연구와 액적 직경, 충돌 속도 그리고 충격, 혈액 fingering현상, 주위의 splash현상 사이의 관계에 대한 연구이다.그리고 이 연구를 통해 계산 기하학적 주요 기능과 충돌 조건 그리고 날카로운 충돌 각도에 대하여 새로운 상관 관계를 개발하는 데 있어 밀접하게 이야기 하고자 한다.
따라서 다음 연구는 사전연구에 관한 검토 연구이다. 해석과 지배방정식 그리고 물리적 현상에 대한 수치계산법에 대하여 간단히 설명하고자 한다. 또한, 정확한 결과를 얻기 위해서는 벽에서의 혈흔과 비뉴턴유체의 점성 그리고 동역학적 접촉각이 혈액 물성치로 쓰여진다. 그후, 혈액방울의 충돌조건과 혈흔패턴 사이 상관 관계를 알아 내기 위해 혈액 방울의 fingering 현상, Cast-off현상 타원형의 혈흔이 생기는 현상과 같은 움직임에 대해 논의 할것이다.
논의 된 바와 같이, 혈액 방울의 거동은 물리적 특성을 고려하여 수치계산법에 근거로 하여 해석이 수행 되었다. 여기서, 목표는 날카로운 충돌각에서의 혈흔 거동을 예측하는 것과 새로운 관계식을 개발하는 것이다. 본 연구에서는, 혈액방울의 다양한 충돌각도에 대한 혈흔패턴의 모양, 크기, 특성이 어떻게 나타나는지에 대한 연구이다. X=0에서의 벽 경계 조건은 No-Slip 조건이 적용 되었으며 다른 경계선에서는 Pressure Outlet 조건을 적용하였다. 수치계산법에 근거로 하여 3-D transient 해석이 수행 되어졌으며 이를 예측하기 위해 그리고와 같은 혈흔의 다양한 충돌조건으로 해석을 수행하였다. 참고로 의 경우는 날카로운 충돌 조건에 해당된다.
○ 연구성과(응용분야 및 활용범위포함)
혈흔패턴연구의 최종목표는 혈액방울이 떨어질 때 초기조건에 따른 혈흔패턴의 모양과 특성에 관한 수치적인 관계식을 찾는 것이다. 이때의 초기조건은 충돌각, 속도, 초기 혈액방울의 직경을 말한다. 또한 충돌각이 큰 경우에서 산출된 기초적인 혈흔패턴 관계식을 수정해야한다. 원래의 기초적인 관계식은 실제에 잘 적용되고 특정한 외부조건에서는 잘 맞는다. 하지만 놀랍게도 충돌각이 큰 경우와 작은 경우를 모두 고려하고 충돌속도 범위를 모두 포함하는 연구가 진행된 적은 없다. 따라서 이번 연구에서는 충돌시의 조건과 액체의 점성 작은 충돌각에서의 혈액의 퍼짐현상에 대한 관계를 분석하고자한다.
본 연구팀의 기존 연구를 토대로 기존의 관계식을 수정하여 모든 충돌조건들을 포함한 관계식을 새롭게 개발하였다. 관련된 무차원수와 혈흔패턴의 관계를 도출하고 다양한 충돌조건들을 시뮬레이션 하였다. 먼저 다양한 레이놀즈수에 따른 혈흔패턴의 모양에 대하여 시뮬레이션하였다. 무차원수와 혈액이 퍼지는 너비와 길이를 측정한 값을 토대로 혈액방울의 초기 조건에 따라 어떠한 요인이 혈흔패턴에 지배적인 영향을 미치는지 알 수 있는 새로운 관계식을 개발하였다.