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Computational Simulation of Auto-Regulatory Brain Circulation Using CFD and MRA Techniques
김창성(Changsung Sean Kim) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.5
인간 뇌에서의 혈류와 자율순환을 모델링하기 위한 전산유체역학과 자기공명사진을 이용한 수치적 접근방법을 제시하였다. 본 연구에서는 해부학 상의 Circle of Willis 를 자기공명사진으로 부터 이미지 분할 기법과 격자생성 기법을 이용해 3 차원으로 재구성하였다. 3 차원 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 pseudocompressibility 방법과 이중 시간 전진법을 이용하여 계산하였다. 3 차원 비정상 유동의 효율적인 모사를 위하여 영역분할기법을 이용한 병렬계산을 수행하였다. 모세혈관의 수축 및 팽창에 의한 능동적인 혈류저항 조절기능을 모델링하기 위한 간단한 자율 순환 알고리듬을 제시하였다. 본 연구에서의 수치적 방법은 다양한 기하학적 변이를 갖을 수 있는 실제 환자의 Circle of Willis 모델에서의 혈류 자기조절 순환 모사에 응용될 수 있다. 계산 결과는 인간 뇌 순환계에서의 비정상적 혈관 구조와 자율순환 메커니즘 사이의 상관관계를 잘 보여주고 있다.
김창성(Changsung Sean Kim) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.5
분자 수준에서 나노유체에 대한 기초적인 이해를 제공해줄 수 있는 3 차원 비형평 분자동역학을 이용한 유동해석 기법을 개발하였다. 분자동역학 기법을 이용하여 나노튜브에서의 균질 및 비균질 유동을 모사하였고 기존의 non-slip 경계조건을 가지는 Navier-Stokes 방정식의 해와 비교함으로써 분자동역학 시뮬레이션의 타당성을 검증하였다. 본 연구에서는 유체-유체와 유체-고체 벽면 사이의 상호 작용력과 에너지를 고려하였으며, 평형 상태에서의 거시적 변수들은 통계적인 방법으로 계산하였다. 비평형 분자동역학의 응용 예로서 액적의 분출, 분산, 습윤 및 건조 등의 나노분사 메커니즘 전과정을 모사하였다. 또한, 전기습윤 현상을 이용한 마이크로 펌프에 대해 양전하를 띤 액적이 음전하가 인가된 초박층 코팅면 방향으로 이동하는 것을 모사하였다. 본 연구에서 사용된 분자동역학 기법은 앞으로 NEMS(Nano-Electro-Mechanical System) 분야에서 폭 넓게 응용될 수 있을 것이다.