초록 ▼

□ 연구개요
소용돌이현상이 지배적인 유동과 소용돌이-구조체간의 상호작용에 대하여 소용돌이 역학을 중심으로 모델링을 연구하였다. 개발된 모델과 수치해법을 곤충의 비행, 물고기 헤엄, 극소용돌이, 불안정 유체 등의 응용문제에 적용하여 수치계산하고 유동장과 해의 특성을 분석하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
소용돌이-고체 상호작용에 대해서는 소용돌이 쉐딩모델을 2개의 고체와 변형되는 고체의 자체추진문제에 대해 확장하고 곤충의 clap-fling 비행과 물고기 헤엄에 대해 적용하여 수치모델링하였다. clap-flin

□ 연구개요
소용돌이현상이 지배적인 유동과 소용돌이-구조체간의 상호작용에 대하여 소용돌이 역학을 중심으로 모델링을 연구하였다. 개발된 모델과 수치해법을 곤충의 비행, 물고기 헤엄, 극소용돌이, 불안정 유체 등의 응용문제에 적용하여 수치계산하고 유동장과 해의 특성을 분석하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
소용돌이-고체 상호작용에 대해서는 소용돌이 쉐딩모델을 2개의 고체와 변형되는 고체의 자체추진문제에 대해 확장하고 곤충의 clap-fling 비행과 물고기 헤엄에 대해 적용하여 수치모델링하였다. clap-fling 비행에서 양력이 급격히 증가하는 과정을 보였으며 물고기 헤엄의 후방 소용돌이장의 특성과 에너지 효율을 분석하였다. 부착 유동장을 포텐샬함수를 이용하여 해석적으로 표현하는 새로운 형태의 소용돌이쉐딩 모델을 연구하였으며 부가질량와 분리유동에 의한 힘을 고찰하였다. 또한 플로킹모델에 대해 실린더 형태의 경계와의 간섭을 해석하고 수치계산으로부터 입자가 경계 근처에 몰려있는 현상을 발견하였다.
구면의 소용돌이 역학에 대해서는 회전을 고려한 극소용돌이 캡의 안정성을 해석하고 불안정 소용돌이의 비선형 증가를 수치계산하였다. 구의 회전은 소용돌이 캡에 안정적인 효과를 주는 것으로 판명되었다. 또한 베셀함수로 표현되는 지균 소용돌이모델을 연구하였으며 이 모델에서는 자기유사충돌은 불가능함을 보였다. 상평면해석으로부터 물리적 영역의 형태를 분석하였다.
소용돌이법을 레일리-테일러 불안정에 적용하여 긴 시간대의 수치계산을 수행하였고, 표면장력에 따른 단일모드와 다중모드의 버블과 스파이크의 증가율을 분석하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
소용돌이-고체와의 상호작용에 대한 연구는 소용돌이모델의 적용범위를 크게 넓혔으며, 유체-구조 상호작용 연구의 중요한 도구가 될 것이다. 이 모델을 이용하여 곤충의 비행으로 널리 알려진 Weis-Fogh 메카니즘의 원리를 설명하였다. 고체의 자체추진 문제는 도전적인 문제로써 물고기 헤엄에 대한 연구는 학문적인 가치가 크다. 이러한 결과들은 초소형비행체나 로봇물고기의 제작에 활용할 수 있다. 또한 복소등각변환을 이용한 소용돌이 쉐딩모델은 이 분야에 대한 새로운 방법론을 제공한다.
구면에서의 소용돌이역학에 대한 연구는 회전을 고려한다는 측면에서 중요하고, 이론적인 분석을 넘어서 실제 기상현상과의 관련성을 갖는다는 점에서 의미가 있다. 지균소용돌이모델은 보다 대기현상에 가까운 모델이며, 태풍 등의 기상현상의 분석에 활용될 수 있다.
다중모드 난류믹싱에 대한 최초의 긴 시간대의 소용돌이법의 계산결과를 얻었으며, 앞으로 다양한 소용돌이 지배유동에 대해 사용될 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 소용돌이-고체 모델링 ... 4
• (2) 구면상의 소용돌이역학 ... 5
• (3) 소용돌이 지배유동에 대한 수치계산 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• (1) 1차년도 ... 6
• (2) 2차년도 ... 7
• (3) 3차년도 ... 8
• (4) 4차년도 ... 10
• (5) 5차년도 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 17
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 37