한국과학기술원 기계공학과 유동제어연구실

고정밀 측정/해석기술을 이용한
난류유동/유동소음 제어에의 응용

연구 책임자 : 성형진
대전광역시 유성구 구성동 373-1
전화 : 042-869-3067
팩스 : 042-869-5027
e-mail : hjsung@kaist.ac.kr
홈페이지 : http://flow.kaist.ac.kr

 

 
   
 
유동제어 기술은 열·유체 관련 시스템의 효율성 향상에 관련된 기반 기술로서 운송체의 항력저감, 소음저감, 연소효율 증대 등과 같은 차세대 고효율 시스템 개발에 대한 기본 기술이다. 본 연구의 목적은 유동/압력/소음 측정기술 및 가시화 기법을 토대로 한 실험적 접근 방법과 고정밀 수치기법을 통한 해석적 접근 방법에 동시에 이용하여 조직적인 난류 유동구조를 분석하고, 난류 유동의 혼돈성과 비선형성에 적합한 유동제어 이론과 기법을 도입 및 개발하여 난류유동 제어의 기반기술 및 응용기술로 발전시키는 데 있다.

 

 
   
 
유동제어 기술은 열·유체 관련 시스템의 효율성 향상에 관련된 기반 기술로서 운송체의 항력저감, 소음저감, 연소효율 증대 등과 같은 차세대 고효율 시스템 개발에 대한 기본 기술이다. 본 연구의 목적은 유동/압력/소음 측정기술 및 가시화 기법을 토대로 한 실험적 접근 방법과 고정밀 수치기법을 통한 해석적 접근 방법에 동시에 이용하여 조직적인 난류 유동구조를 분석하고, 난류 유동의 혼돈성과 비선형성에 적합한 유동제어 이론과 기법을 도입 및 개발하여 난류유동 제어의 기반기술 및 응용기술로 발전시키는 데 있다.

구분
연구개발 목표
1단계
(1999-2001)
기하학적 형상/유동조건에 따른 실험 및 해석을 통한 database 구축
난류유동 해석 기법 고찰 및 개발
유동제어의 실험적 적용
정밀 유동/압력 측정 기술 및 유동가시화 기법 개발
선형/비선형 제어 기법 개발
2단계
(2001-2004)
난류유동 수치모사 방법 및 구조해석 기법 개발
난류유동/소음 해석을 통한 database 구축 및 제어기법 적용
정밀 유동/압력/소음 측정 및 유동가시화 기법의 응용성 확대
난류유동/소음 제어기술의 실험적 적용

 

 
   
 
유동제어 기술은 열/유체 시스템 해석 기술을 기반으로 하면서 측정학, 소음/진동 공학, 기전설계공학, 수학/물리학 등과의 학제간의 통합 연구를 필요로 하는 기술이다.



난류유동 수치모사 및 구조해석기법 개발

- 직접수치모사(DNS), 대형와모사(LES), 난류모델(RANS)

- 가상경계기법(Immersed Boundary Method)

- 입자추적기법(Euler-Lagrangian 접근방식)

난류유동/소음 해석을 통한 Database 구축 및 제어기법 적용
- 열유동 해석 : 정체점/동심환형관/천이경계층
- 소음원 해석 : 비평형 난류경계층
- 유동제어적용 및 제어기구 해석 : 채널/경계층/환형관/동심환형관/원봉후류
정밀 유동/압력/소음 측정 및 유동가시화 기법의 응용성 확대
- PIV(Particle Image Velocimetry)
Standard PIV (2차원) →Stereoscopic PIV (3차원),Micro-PIV
- PSP(Pressure-Sensitive-Paint)
PSP 강도측정 → 압력예측; "초음속" 영역 → "아음속" 영역 확대
유동/압력 동시 측정을 통한 유동 및 유동유기 소음원 해석
- PVDF/Microphone
난류유동/소음 제어 기술의 실험적 적용
- 난류경계층/후향계단/둔각물체 주위 유동 등에서 항력/박리/소음제어

 

 
   
 
연구개발 추진전략
연구개발 추진체계

 

 
   
 
과학기술적 파급효과
- 열유동/소음 해석 및 측정기술의 고급화를 통한 비선형계의 이해 증진
- 기계/전자/환경 시스템의 고정밀 측정/해석/제어를 통한 효율적 설계자료 제공
- 다학제간의 복합기술로 인한 학문발달의 시너지 효과 제공
⇒ 측정학/기전설계공학/소음·진동공학/수리물리학/광학/컴퓨터공학 등의 전반적인 연구활성화
경제 산업적 파급효과
- 열유동/환경 관련 시스템에 대한 고효율화
⇒ 운송체의 저항감소 (고속화) / 유동소음 저감 (소음규제 대책)
연소효율 증가 (에너지 저감/대기오염규제)에 따른 산업활성화 / 생활수준 향상
▶ 선진국가에서도 개발단계에 있는 것으로서 국가간의 산업적 우위를 점할 수 있음.

 

 
   
 
산업계의 기술이전을 통한 활용방안
- 선박 항력제어기술 : 삼성중공업 (주)와의 공동연구로 선박에서 항력저감 기술 이전

- PSP 측정기술

- 현대 자동차 (주)와 공동연구를 통해 1/5 실차 모형실험으로 확대하여 자동차 설계기술의 구체화
- LG 전자 (주)와 공동연구를 통해 압축기 내의 압력측정을 HY신명조으로 설계 개선
- 동시 유동/압력측정 기술 : LG 전자(주)와 공동연구를 통해 압축기의 배기구 해석

- 수증음향 측정/추정기법 : ADD주관 UARC사업의 일환으로 수중무기체계의 저소음 설계자료제공

- 압력측정소자 개발 : 소리텔(주)와 공동연구를 통해 단일지향성 마이크로폰 설계기술 이전

- 미소유량제어기술 : MEINNTECH (주)와의 공동연구를 HY신명조으로 BT 관련 의료기기 제품 개발

▶ 본 연구에서 파생되는 기술을 산업체와의 공동연구 혹은 자문의 형태로 기술 이전하여 활용
 
학술교류를 통한 활용방안
- TRA (Turbulence Research Association)을 통한 Advances in Turbulence Research 개최
- 열유체부문 콜로키움 개최
- 국내외 연구자 초청 세미나 개최
- 국내외 연구기관과의 협력 : 인력교류 및 공동연구/정보교환
⇒ Kyoto 대학(일본), Hokkaido 대학(일본), Clarkson 대학(미국), UIUC (미국), UCLA (미국),
Warwick 대학(영국), Tsinghuwa 대학(중국), Nobosibirsk대학(러시아) 등
 
기타활용방안
- 단기강좌 개최 (고정밀 유동측정 및 수치해석)
- 본연구실 홈페이지 (http://flow.kaist.ac.kr)을 통한 정보제공
- 전문기술동향 정보 세미나 강연
- 기술동향보고서/세부과제별 핵심기술 보고서 배포
- 첨단 기술정보의 제공 및 연구기기 공동활용