가상 경계 격자 볼츠만 방법을 이용한 2차원 원형실린더 주변 유동 분석 및 검증

국문 초록 (Abstract)

유체-고체 연성 해석은 유동장에서 움직이는 물체에 대한 해석을 위해 사용된다. 동물의 운동, 기계장치의 유동장 내 운동 등에 응용되고 있으며, 최근에는 신체의 운동 또는 혈관 내 혈액 및 세포의 이동 및 거동에 대한 분석과 나노/마이크로 입자로 이루어진 약물의 전달 시스템 분석 등 다양한 의공학 분야에 확장되고 있다. 이를 구현하기 위해서 유동장과 유동장 내의 고체에 대한 각각의 해석방법이 요구되며 그 방법에 대한 검증 역시 필수적이다.
이에 본 연구는 고체 주변의 유동과 고체 사이의 상호작용을 수치적으로 해석하기 위해서 격자 볼츠만법(Lattice Boltzmann Method)을 이용한 유동장 해석과 동시에 가상경계법 (Immersed Boundary Method)를 이용한 유체-고체 연성 해석(Fluid Structure Interaction:FSI) 프로그램의 구현 및 검증을 하고자 한다. 개발한 고체-유체 연성 해석 프로그램으로 2차원의 균일한 흐름이 있는 유동장 내에 고정된 원형 실린더에서 주변 유동이 실린더에 미치는 영향을 몇 가지 레이놀즈 수에 따라 분석하고, 이동하는 경계에 대한 해석을 위해 정지된 유동장 내 주기적으로 움직이는 원형 실린더가 주변 유동에 미치는 영향을 분석하였 다. 또한 이전 연구들과의 비교를 통해 개발한 코드의 신뢰성을 확보하였다.