■ 연구목적 및 필요성

 O 최근 들어 다양한 공학 시스템의 성능 및 에너지 효율 향상, 오염 물질 배출 저감/제어 등에 대한 관심이 고조됨에 따라 난류유동제어의 중요성이 더욱 대두되고 있음

 O 유체 유동의 혼합 증진 기술은 유체 시스템의 성능 향상(예: 열전달 제어)과 물질 확산의 환경 영향 연구에 필수적

 O 이에 본 연구는 초소수성 표면을 이용하여 유동 박리/재부착(flow separation/reattachment)이 존재하는 평판 위 난류 경계층 유동(turbulent boundary layer flow over a flat plate) 및 후향 계단(backward-facing step) 주위 난류 유동의 혼합을 증진시키기 위한 기술을 개발을 목적으로 함

■ 연구 내용 및 범위

 O 유동 박리/재부착이 존재하는 평판 위 난류 경계층 유동의 혼합 증진

 O 유동 박리/재부착이 존재하는 후향계단 주위 유동

 O 난류 제트 유동

■ 연구결과

 O 유동 박리/재부착이 존재하는 평판 위 난류 경계층 유동의 혼합 증진

  - 유동 박리의 시작점에 초소수성 표면을 부과하였으며, 초소수성 표면을 구성하는 점착/전단자유 조건의 기체 분율(Λ)을 달리하여 그 성능을 평가함. 고려된 매개변수 중 기체 분율이 Λ=80θ(θ는 경계층 입구의 운동량 두께)일 때 유동 박리가 가장 효과적으로 제어되어 박리수포의 길이와 넓이가 각각 15%, 45%가 감소됨. 이는 전단자유조건으로 인한 벽 근처의 운동량 증가 및 유동의 3차원성과 불균일성이 증가함으로써 발생한다는 메커니즘을 규명

 O 유동 박리/재부착이 존재하는 후향계단 주위 유동

  - 후향계단의 고정된 박리점 직전에 초소수성 표면을 부과하였을 경우 박리 이후 계단 밑면의 재부착 길이가 약 5% 정도 줄어듦을 밝혔음. 유동의 3차원성과 불균일성이 증가함으로써 발생한다는 메커니즘을 규명

 O 난류 제트 유동

  - 난류 제트 유동의 출구 직전 일정영역에 초소수성 표면을 부과하였을 경우 제트의 후류에서 유동 혼합이 증진됨을 밝혔음

■ 활용계획

 O 본 연구에서 개발될 초소수성 표면을 이용한 유동 혼합 증진 기술은 유체 시스템의 혼합증대 및 열전달 제어를 통한 성능 향상 그리고 물질 확산의 환경 영향 연구에 필수적인 기반 기술

 O 초소수성 표면은 에너지가 따로 필요하지 않은 수동 제어(passive control) 방법이기 때문에 매우 효율적이며 실제 응용 측면에서도 장점을 갖고 있음

 O 유동 혼합 증진 기술은 강제 대류나 자연 대류를 이용한 냉각 성능 향상, 배터리 전해액의 혼합 증진을 통한 발전 성능 향상과 같은 연구 뿐 만이 아니라 최근 관심이 고조되고 있는 해양 내 오염 물질 유출 사고 시 확산 제어, 발전소에서 해양으로 배출되는 온배수 혼합 제어와 같은 다양한 공학 및 환경 유체 연구에 필요한 핵심 기술로서 널리 사용될 것으로 기대

■ 주요성과

 O 보고서 1건

 O 국내 및 국제학술대회 10건