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동적 PIV의 전개와 전망

전문가 제언: ○ 유동장에 있어서, 속도분포를 계측하고 와류 등 유동 현상을 기록하고 분석하는 것은, CFD의 해석 결과에 대한 검증으로서의 필요성뿐만 아니라, 각종 유체시스템의 최적 설계를 위한 과정으로서 그 중요성이 증가하고 있다. 이와 같은 요구에 적합한 계측 방법으로 개발된 것이 PIV 시스템이다. 초기 단계의 PIV 시스템은, 제한된 대상에 대해서만 계측이 가능하였지만, 그간 동적 PIV 시스템으로 발전되어, 근래에는, 폭 넓은 분야에서 활용이 증가하고 있다. 그간 발전해 온 과정과 향후 전개 방향에 대하여 설명한다.

○ 초기 단계의 PIV는, 비정상적인 유동장에 대한 연속적인 고속 측정이 불가능하였다. 이에 따라 카메라와 레이저를 고속화하여 시간 축에 대해서도 고밀도 계측이 가능하게 한 것이 동적 PIV이다. 이와 같은 동적 PIV는 높은 시간분해능과 공간분해능의 화상정보 및 변동정보를 제공해주는 장점이 있어, 유체 계측을 비롯하여 유체공학 발전에 큰 역할을 하고 있다.

○ 적용 사례를 보면, 고속류의 과도(過渡) 계측 사례로서, 10mm의 채널 내를 평균유속 10m/s로 흐르는 질소가스의 경계층 유동 계측, 기포와 액상의 혼상유동 계측, 마이크로 채널 내에서의 물과 초산 부틸의 대향유동 계측, 쥐의 미세혈관 내의 속도분포 계측, 홀로그래픽 PIV(HPIV)를 이용한 4차원 계측 그리고 밀도장 계측 등이 있다.

○ 향후 기대되는 전개 방향으로서는, 카메라와 레이저광 등, 하드웨어의 성능 향상과 계측 알고리즘의 개발로, 시간분해능과 공간분해능이 계속 향상될 것이다. 따라서 지금까지는 규명이 어려웠던, 3차원 비정상 유동장의 과도현상 등에 대한 해석도 대부분 가능하게 될 것이다. 또한, HPTV 등에 의한 난류 구조 해석, 고속마이크로 PIV에 의한 미세 유동장의 계측, 미세혈관 내부에 있어서의 혈류 측정 등 생체계측 분야에서의 활용도 확대될 것이다. 더불어 PIV 시스템의 활용도를 더욱 향상시키기 위해서는, 측정 성능의 향상은 물론, 시스템의 사용.조작성을 개선하고, 장비가격을 낮추는 노력도 필요하다고 생각된다.

저자: Koji OKAMOTO ; Yasuhiko SUGII ; Masaaki ISHIKAWA
자료유형: 학술정보