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변형과 이동을 동반한 자유표면을 가진 유동장의 가시화

전문가 제언: ○ 고체표면 특히 매끄러운 표면에서 유체의 거동해석은 실제 컴퓨터 하드디스크의 윤활 등에서 매우 중요한 문제인데, 최근엔 표면이 충분히 매끈하면 액체가 빠르게 움직이며 얼음 위를 스케이트가 미끄러지듯이 액체가 미끄러진다는 사실이 밝혀졌다.

○ 즉, 노 슬립의 경계조건 제어에 대해 알게 된다면 활용 산업분야는 매우 넓어서, 배관을 통해서 유체를 수송하거나 엔진 및 기계부품 등에서 마찰을 감소시킬 수 있어 에너지를 절약할 수도 있게 된다.

○ 이러한 고체표면과 그 위의 액체 거동에서 중요한 것은 접촉선(contact line)에서의 움직임인데, 액적이 정지상태에서 운동상태로의 천이 메커니즘은 액적 에너지가 에너지 장벽보다 클 때 발생하는 동역학적 임계현상으로 보고 있다.

○ 그런데, 고/액/기 3상의 접촉선에서 노 슬립 경계조건을 이용하면 전단응력과 에너지 소산이 발산되는 특이점이 있는데, 이를 위한 이동 접촉선 문제는 그만큼 이론의 여지가 있어서 많은 경계조건이 제안되고 있다.

○ 본문은 고체표면 위의 액체 이동에 대해서 서브 밀리미터 수준까지 가시화 분석함으로써 선행 액막의 존재와 대류장을 보여주고 있다.

○ 현재로는 경사진 고체표면 위에 중력으로 흘러내리는 액적의 거동을 분석하는데 스케일링 해석방법 등이 유효하고 실험적으로도 규명되고 있는데, 이는 액적의 유동을 일으키는 중력과 모세력 및 점성력이 균형을 이룬다는 물리 개념에 기초하고 있다.

○ 아직은 고체표면상의 액적 임계운동 등에 대해서 연구가 제한적으로 이뤄지고 있는데, 이러한 미세 물리현상이 규명되면 산업적으로도 열유체 현상이 관련된 분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 여겨지므로, 기초 과학기술에 대한 연구투자 클럽을 조성해서 체계적으로 접근하는 것이 유효하다고 본다.

저자: Ichiro UENO
자료유형: 학술정보