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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10006854&local_id=10009515
유체-탄성체 경계면 근처에서 진동하는 버블운동학 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 유체-탄성체 경계면 근처에서 진동하는 버블운동학 연구 | 2004 Year | 이민형(세종대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00058
Year(selected) 2004 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2005년 11월 28일
Year type 결과보고
Year(final report) 2005년
Research Summary
  • Korean
  • 경계면 근처에서 진동하는(oscillating) 버블(bubble) 운동학을 경계적분법(Boundary Integral Method, BIM) 방법론으로 연구하였다.

    무한 영역 (infinite domain)에서 진동하는 구형 (spherical) 버블의 운동학에 대한 기존의 연구를 본 연구에서는 경계면 근처에서 진동하는 버블의 운동학으로 확대하였다. 이러한 확대연구를 위하여 가장 우선적인 버블의 최소 반지름에서 발생시키는 충격파에 의한 에너지 손실에 대한 연구를 수행하였다. 또한 버블 운동학 해석이 한 주기 동안 가능하였는데 버블 에너지 손실을 고려하여 여러 주기 동안 버블의 해석이 가능하였다. 실험 자료를 활용하여 에너지 손실량을 추정하였다. 경계적분법의 확대를 위하여 simply-connected bubble 에서 doubly-connected bubble로 그리고 마지막으로 다시 simply-connected bubble 형상으로 변환하는 전체 과정의 추적이 정확이 구현되었다.

    본 연구를 통하여 여러 주기동안 버블의 운동학의 기술이 가능하여졌다. 본 연구에서 현재까지 실험에서만 관찰되었던 버블의 2차주기 시작 시에 발생하는 특이한 현상인 "counterjet"를 본 수치시뮬레이션 연구로 예측이 가능하였다. 따라서 본 연구에서 진행되었던 에너지 고려한 해석의 타당성이 입증되었다.
  • English
  • We developed a boundary integral method for the analysis of an oscillating bubble system. The boundary integral method which has been applied to a bubble in an infinite medium was extended to an oscillating bubble system in the neighborhood of a boundary in an axisymmetric geometry.

    The further evolution (rebound) of the toroidal bubble is considered with the loss of system energy taken into account. The energy loss is incorporated into a mathematical model by a discontinuous jump in the potential energy at the minimum volume during the short collapse-rebound period accompanying wave emission.

    Example calculations are presented to demonstrate the possibility of capturing the peculiar entity of a counterjet, which has only been reported in recent experimental studies.
Research result report
  • Abstract
  • 경계면 근처에서 진동하는(oscillating) 버블(bubble) 운동학을 연구하였다. 버블을 포함한 유체영역은 경계적분법(Boundary Integral Method, BIM) 방법론을 적용하였다.
    주로 이전까지 무한 영역 (infinite domain)에서 진동하는 (oscillating) 구형 (spherical) 버블의 운동학에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 고체경계면 근처에서 진동 시 비대칭 버블이 형성되고 버블의 축소 시 (붕괴 시, collapse), 제트가 형성이 된다. 흥미로운 사실은 주위 경계면의 조건에 따라 제트가 경계면을 향하기도 하고 경계면의 반대방향으로 향하기도 한다는 사실이다. 제트는 고체면의 경계를 향하게 되고 이 경우 높은 압력을 발생하게 된다.
    본 연구에서는 기존에 연구가 bubble의 첫 진동만을 다루었는데 이를 확대하여 여러 번의 진동과정에서의 버블의 운동학을 연구하였다. 이러한 확대연구를 위하여 가장 우선적인 버블의 최소 반지름에서 발생시키는 충격파에 의한 에너지 손실에 대한 연구를 수행하였다.
  • Research result and Utilization method
  • 연구 결과
    - 무한영역에서 진동하는 버블의 운동학에 대한 기존 연구를 경계면 주위에 위치한 버블의 운동학 연구로 확대하였다.
    - 경계적분법(BIM) 수치해석 기술로 개발하였다.
    - 버블의 운동학을 기존에는 한 주기까지 해석이 가능하였는데 본 연구에서는 에너지 손실을 고려함으로써 여러 주기 동안 버블의 운동학의 기술이 가능하게 발전시켰다.
    - 가장 중요한 연구 결과는 경계면 근처 (1 < H/Rmax < 3, H:경계면에서의 버블 중심 거리, Rmax: 버블의 최대 반경)에서만 실험적으로 관찰된 아주 특이한 현상인 "counterjet"이 본 수치해석 연구로 시뮬레이션으로도 예측이 가능하였다. 버블 운동의 2주기에 나타나는 특이한 현상인
    - 경계면을 고려한 2차원 BIM 전산 프로그램을 개발하였다.

    활용 방안
    - 고체면 주위에서 거동하는 cavitation bubble에 의한 손상예측 연구에 활용하고자 한다 (유체 기계).
    - 인간 장기(경계면) 주위에 발생하는 버블에 적용하여 장기치료 연구에 활용하고자 한다. (biomechanics)
  • Index terms
  • 경계면, 버블운동학, 압축파, 에너지 손실, 경계적분법
  • List of digital content of this reports
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