[위즈뉴스] 지스트(GIST, 광주과학기술원)는 7일, 기계공학전공 윤예지 학부생이 제1저자로 참여한 '비뉴튼 유체의 와류 운동' 관련 연구 논문이 SCI급 국제학술지에 등재됐다고 밝혔다.
해당 논문은 미국물리학회가 발간하는 과학저널 '유체물리학(Physics of Fluids, IF=3.514)' 2020년 12월 28일자에 게재됐다.
논문명은 'Unsteady flow of Carreau fluids around an impulsively moving cylinder'이며, 윤에지 학부생이 제1저자로, 기계공학부 석사 졸업생 이준성씨가 제3저자로, 기계공학부 지솔근 교수가 교신저자로 각각 참여했다.
윤예지 학부생은 지난 2019년 지스트 학부생 연구참여 프로그램인 ‘GIST Summer Undergraduate Research Fellowship (G-SURF)’을 통해 연구에 대한 흥미를 갖기 시작했고, 2020년에는 ‘학사논문 연구’를 수강하면서 '움직이는 물체 주변의 복잡한 유동'에 대한 연구를 수행했다. 이후, 이를 발전시켜 SCI급 국제학술지에 논문을 게재하는 성과를 거둔 것으로 전해졌다.
윤예지 학생은 이번 연구에서. 물과 같은 일반적인 뉴튼 유체(Newtonian fluid)와 여러 혼합물이 섞인 액체에서 나타나는 비뉴튼 유체(non-Newtonian fluid)가 물체 주변을 흘러갈 때 나타나는 와류 유동에 대해 정밀한 수치해석을 진행했다.
물체의 움직임이 변하는 상황에서 뉴튼 유체에 대한 와류 현상을 분석하는 기존의 연구는 있었으나 비뉴튼 유체에 대한 연구는 부족한 실정이다.
뉴튼 유체(Newtonian Fluid)는 유체의 점성(viscosity)이 유동의 속도 구배와 상관없이 일정한 유체를 말하며, 비뉴튼 유체(non-Newtonian fluid)는 속도장의 전단율(shear rate)에 따라 점성이 바뀌는 유체로 보통 화합물이 혼합된 액체에서 나타난다.
그림 1) 원형 물체 주변의 전단박하 유체(shear-thinning fluid)**의 와류 유동 모습을 와도(vorticity, ω)로 가시화. 유체가 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르기 시작하면서(t=0 이후) primary(P), secondary(S), tertiary(T) vorticity가 오른쪽에 생성됨이 보이고, 유체가 정지하면서(t=5 이후) 물체 주변에는 역류가 발생하여 여러 와류가 원래 유동 방향의 반대 방향(왼쪽 방향)으로 이동하게 된다.
윤예지 학부생은 전단박화유체에서는 물체에 움직임에 의해 국소적으로 점성이 감소하여 다수의 와류 구조가 생성될 수 있음과 전단강화유체에서는 이와 반대로 점성이 증가하여 소수의 와류 구조가 생성됨을 밝혔다. 전단박화유체에서는 발생하는 다양한 와류 구조는 물체가 받는 힘이 시간에 따라 매우 달라지게 함을 정밀한 수치해석으로 보여주었다.
지도교수인 지솔근 교수는 “산업 현장에서 혼합물을 섞는 등 물체가 유체 내에서 움직이는 상황을 생각할 수 있으며, 그러한 상황에서 순간적이고 국소적으로 변하는 점성으로 인해 물체가 받는 항력 변화를 가장 기본적인 형상인 실린더 주위 유동 케이스를 통해 확인했다”며 “물체의 움직임으로 발생하는 비뉴튼 유체의 유동 연구와 관련하여 좀 더 복잡한 형상 주위로의 유동 등 여러 상황에서 발생하는 비정상 유동에 대한 연구의 기초를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다.
윤예지 학부생은 “G-SURF 프로그램을 통해 연구과정에 대해 압축적으로 배울 수 있었고, 연구실 생활도 미리 경험해 볼 수 있는 기회가 생겼다”고 말했다.
이번 연구는 GIST Research Institute (GRI) 지원을 받아 수행됐다.
