초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
최종 연구 목표 : 저에너지 정밀 조사용 전기수압식 충격파 설계를 위한 다중물리 기반의 수치해석 기법 확립
본 연구는 수중 펄스 방전 현상으로 생성되는 스파크 플라즈마와 이 과정에서 발생하는 충격파의 전파 특성을 다중물리 해석기법과 실험을 통해 체계적으로 규명하고 그 타당성을 검증하고자 한다. 본 연구를 통해 새로이 개발된 완전 결합 유한요소법 기반의 전자기-열-유체 다중물리 수치해석 모델을 활용하여 충격파 발생장치의 효율을 개선하고, 충격파의 정밀 제어를 목표로 다양한 설계

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
최종 연구 목표 : 저에너지 정밀 조사용 전기수압식 충격파 설계를 위한 다중물리 기반의 수치해석 기법 확립
본 연구는 수중 펄스 방전 현상으로 생성되는 스파크 플라즈마와 이 과정에서 발생하는 충격파의 전파 특성을 다중물리 해석기법과 실험을 통해 체계적으로 규명하고 그 타당성을 검증하고자 한다. 본 연구를 통해 새로이 개발된 완전 결합 유한요소법 기반의 전자기-열-유체 다중물리 수치해석 모델을 활용하여 충격파 발생장치의 효율을 개선하고, 충격파의 정밀 제어를 목표로 다양한 설계 변수를 신속하게 평가할 수 있는 차수 축소 모델(Reduced order model: ROD)을 개발하고자 한다.

◼ 전체 내용
● 1단계 : 수중 펄스 방전의 메커니즘 규명 및 수치해석 기법의 개발
- 수중 방전에서의 전하주입과 전기 에너지로 인한 물 분자의 해리에 의해 유도되는 유체의 흐름을 포괄하는 복합 물리계에 대한 지배방정식 및 물성 도출 → 물리량 간의 관계성 분석을 통한 자기 완전성(Self-consistent) 수치해석 모델 수립
● 2단계 : 수중 펄스 방전으로 발생하는 충격파를 모사하는 완전 결합 수치해석 기법의 개발
- 수중 방전 채널의 진행과 이로 인해 발생하는 충격파의 수중 전파 과정을 연속적으로 계산할 수 있는 완전 결합된 다중물리 수치해석 모델의 개발
● 3단계 : 수중 펄스 방전 시스템 및 충격파 측정 시스템 구축 및 타당성 검증
- 수중 펄스 방전 시스템 구축 및 방전 전류, 전압, 충격파 압력, 방전 채널의 실시간 그림자 이미지 등 측정 가능한 물리 데이터 획득, 신뢰성 확보 후 수치해석 결과와의 비교를 통한 타당성 검증과 해석모델의 보완 및 수정
● 4단계 : 수치해석 ROD 모델 생성 및 설계 요소별 영향성 평가
- 실험기법을 통해 타당성이 검증된 수치해석 모델을 이용하여 설계 파라미터에 대한 계산 비용을 줄이고 신속한 평가가 가능한 차수 축소모델 구축 및 평가 → 상용 프로그램인 COMSOL과 MATLAB을 사용하며 부가적인 모듈이나 특성 조정을 위한 프로그래밍을 추가적으로 도입할 예정

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
·현재 전기-열-유체 결합의 다중물리 수치해석 모델에 대한 다양한 수요가 존재함. 본 연구에서 개발한 수치해석 모델은 다양한 수중 방전 시스템 뿐만 아니라 고전계가 인가되는 전도성 유체가 활용되는 전자 소자 (고집적 소자, 에너지 저장 소자 등)에 적용할 수 있는 가능성이 있음.
·본 연구를 통해 확보할 수 있는 정량 설계의 기술을 이용하면 사전 파괴에 의한 전기 에너지 손실을 줄여 강한 충격파 생성에 대한 에너지 효율을 현저히 향상시킬 수 있으며, 주요 작동 매개 변수의 수위를 낮추어 전극 표면의 부식 손상, 시스템 유지관리와 관련된 실용적인 문제, 전기적 안정성에 관한 문제를 크게 완화할 수 있어 수중 방전을 사용하는 모든 분야에 크게 기여할 수 있음. 또한 대용량 수처리에 필요한 시스템 설계에도 기여할 수 있을 것으로 기대됨.
·본 연구과제가 성공적으로 수행된다면 최고 수준의 논문 게재뿐만 아니라 관련 분야 세계 최고 수준의 수치 해석 기술의 독자적 확보가 가능할 것으로 보임.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 7
• 1) 연구수행 결과 ... 7
• 2) 목표 달성 수준 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 9
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 9
• 1) 연구성과 ... 9
• 2) 연구성과 활용계획 ... 9
• 6. 참고문헌 ... 9
• 끝페이지 ... 12