주요 연구 성과

주요 연구 성과

  • 전은지 교수 연구실, 이원자 혼합물 기체의 유동 해석을 위한 새로운 포커-플랑크 마스터 방법 개발
  • 관리자 |
  • 2025-03-07 16:17:17|
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    지구 재진입 기동 시에 비행체 전면에 강한 충격파가 발생함과 동시에 희박 효과가 나타난다. 이러한 희박 유동이 포함된 멀티스케일 극초음속 유동을 해석하기 위해서 대표적으로 볼츠만 방정식에 기반한 몬테카를로 직접모사법 (DSMC)이 사용된다. DSMC 방법은 입자의 이동과 충돌을 모델링하여 유동을 정확하게 해석할 수 있지만, 유동의 밀도가 큰 영역에서는 입자 간의 충돌수가 증가해 계산 비용이 매우 크다는 단점이 있다. 최근 입자 간의 충돌을 브라운 운동으로 근사하는 입자 기반 포커-플랑크 모델을 이용해 이 문제를 해결하려는 연구가 진행되고 있다. 단원자 및 이원자 단일 기체에 대한 여러 포커-플랑크 모델의 연구가 활발히 진행된 것에 비해, 이원자 혼합물로의 확장 연구는 아직 부족한 실정이다. 지구 대기의 약 99%가 질소와 산소로 이루어진 이원자 혼합물이라는 점을 고려하면, 재진입 유동을 정밀하게 모사하기 위해서는 종 간 내부 에너지 교환을 반영할 수 있는 이원자 혼합물 포커–플랑크 모델의 개발이 필수적이다.
 
    최근 김상훈 박사와 전은지 교수는 이원자 혼합물 기체 해석을 위한 새로운 포커-플랑크 마스터 방법을 개발하였다. 새로운 모델은 Jean 방정식과 Landau-Teller 방정식을 따르는 병진, 회전, 진동 모드 간의 에너지 교환 메커니즘과 화학종 간 운동량 및 에너지 교환 메커니즘을 포함한다. 해당 기법을 사용하여 극초음속 유동을 해석한 결과 평형 근처에서 DSMC 결과와 일치하는 것을 확인하였다.
 
해당 연구는 2025년도 Physics of Fluids (POF) 저널 제37권 3호에 게재되었다. POF 저널은 유동 분야 전반에서 심도 깊은 연구가 게재되는 유체역학 분야의 최상위 저널이다. (IF: 4.1, JCR 상위 5%).
 
제목: A stochastic particle method based on the Fokker–Planck Master equation for rarefied gas flows of diatomic mixtures
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0258301

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