우리는 두께가 가변적인 협소한 간극에서 점탄성(점성소성) 빙햄(Bingham) 유체의 축대칭 발산 반경방향 흐름에 대해 점근해와 수치해를 제시한다. Muravleva(2017)에 의해 제시된 점근해를 사용하며, 이를 유한요소해석 결과와 비교한다. 이 결과는 Zou 등(2021)이 논의한 최근의 혼동 및 그곳에 인용된 관련 문헌을 명확히 한다. 점도 정칙화 오차에 대해서도 간략히 논의한다. 흐름 동역학은 Thompson과 Souza Mendes(2005)가 개발한 변형률 텐서의 비지속성(non-persistence-of-straining tensor)을 이용하여 고찰한다. 발산 반경방향 흐름의 국소 동역학은 특히 의사-플러그(pseudo-plug) 영역에서 간극 두께의 가변성에 의해 상당한 영향을 받을 수 있음이 관찰된다.

원자로 압력용기(RPV)의 중대사고 평가를 위해서는, 주어진 조건 하에서 RPV 하부 헤드의 과도 열-기계 거동을 예측할 수 있는 정확한 모델을 개발하는 것이 중요하다. 본 연구는 2차원 및 3차원 유한요소 모델을 사용하여 하부 헤드 파손을 재검토한다. 특히, 하부 헤드의 두께 및 열하중 분포에 존재하는 3차원성이 미치는 영향을 명확히 파악하고자 한다. 결과에 대한 엄밀한 검증을 위해 본 연구에서는 OLHF-1 및 OLHF-2 시험을 모두 고려한다. 그 결과, 파손 위치와 관련해서는 3차원 효과가 무시할 수 없는 것으로 시사된다. 두께 분포의 불균일성은 파손 위치와 시간에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 일반적으로 축대칭이 아닐 수 있는 열하중이 파손 평가에 가장 큰 영향을 미친다. 또한, 적용된 기계 하중에 따라 크리프 물성이 하부 헤드의 전역 변형에 영향을 줄 수 있음을 관찰한다.

제한된 전단 유동에서 서로 섞이지 않는 두 액적 사이의 상호작용을 삼원(ternary) 확산계면(diffuse-interface) 모델을 사용하여 수치적으로 연구하였다. 세 가지 서로 다른 상호작용 유형이 관찰되는데, (1) 역방향 운동, (2) 통과 운동, 그리고 (3) 젖음(wetting) 이후의 회전형 Janus 운동이다. 우리는 액적의 초기 위치, 모세관 수(capillary number), 그리고 구속(confinement)이 액적의 궤적과 변형에 미치는 영향을 조사한다.

우리는 두께가 가변적인 협소한 간극에서 점탄성(점성소성) 빙햄(Bingham) 유체의 축대칭 발산 반경방향 흐름에 대해 점근해와 수치해를 제시한다. Muravleva(2017)에 의해 제시된 점근해를 사용하며, 이를 유한요소해석 결과와 비교한다. 이 결과는 Zou 등(2021)이 논의한 최근의 혼동 및 그곳에 인용된 관련 문헌을 명확히 한다. 점도 정칙화 오차에 대해서도 간략히 논의한다. 흐름 동역학은 Thompson과 Souza Mendes(2005)가 개발한 변형률 텐서의 비지속성(non-persistence-of-straining tensor)을 이용하여 고찰한다. 발산 반경방향 흐름의 국소 동역학은 특히 의사-플러그(pseudo-plug) 영역에서 간극 두께의 가변성에 의해 상당한 영향을 받을 수 있음이 관찰된다.

원자로 압력용기(RPV)의 중대사고 평가를 위해서는, 주어진 조건 하에서 RPV 하부 헤드의 과도 열-기계 거동을 예측할 수 있는 정확한 모델을 개발하는 것이 중요하다. 본 연구는 2차원 및 3차원 유한요소 모델을 사용하여 하부 헤드 파손을 재검토한다. 특히, 하부 헤드의 두께 및 열하중 분포에 존재하는 3차원성이 미치는 영향을 명확히 파악하고자 한다. 결과에 대한 엄밀한 검증을 위해 본 연구에서는 OLHF-1 및 OLHF-2 시험을 모두 고려한다. 그 결과, 파손 위치와 관련해서는 3차원 효과가 무시할 수 없는 것으로 시사된다. 두께 분포의 불균일성은 파손 위치와 시간에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 일반적으로 축대칭이 아닐 수 있는 열하중이 파손 평가에 가장 큰 영향을 미친다. 또한, 적용된 기계 하중에 따라 크리프 물성이 하부 헤드의 전역 변형에 영향을 줄 수 있음을 관찰한다.

제한된 전단 유동에서 서로 섞이지 않는 두 액적 사이의 상호작용을 삼원(ternary) 확산계면(diffuse-interface) 모델을 사용하여 수치적으로 연구하였다. 세 가지 서로 다른 상호작용 유형이 관찰되는데, (1) 역방향 운동, (2) 통과 운동, 그리고 (3) 젖음(wetting) 이후의 회전형 Janus 운동이다. 우리는 액적의 초기 위치, 모세관 수(capillary number), 그리고 구속(confinement)이 액적의 궤적과 변형에 미치는 영향을 조사한다.

이 논문에서는 신축성 실린더 위에서 Maxwell 나노유체의 흐름 거동을 조사한다. 연구 대상 나노유체는 기저 유체로서 sodium alginate에 single-walled carbon nanotubes와 multi-walled carbon nanotubes를 통합하여 합성한다. 유체 흐름에 대한 열복사, 외부 자기장, 점성 소산의 영향은 열전달 효율을 향상시키기 위해 고려된다. 지배방정식의 편미분 방정식 계는 모델링되고, 적절한 유사변환을 사용하여 보통미분방정식 계로 변환된다. 도출된 방정식은 shooting 절차와 함께 Runge-Kutta-Fehlberg 방법을 사용하여 수치적으로 해석한다. 그래프 시뮬레이션을 활용하여 여러 주요 매개변수가 관련 물리량에 미치는 영향을 나타낸다. 온도 분포는 Eckert 수, 곡률, 그리고 복사 매개변수가 증가함에 따라 증대하는 반면, 나노입자 농도가 증가함에 따라 감소한다. 또한 피부마찰계수 및 국소 Nusselt 수를 포함하는 공학적 지표를 분석하고 표로 정리하여 나노유체 시스템의 성능 특성을 평가한다. 피부마찰계수는 곡률, 자기장 세기, Maxwell 유체 매개변수, 나노입자 농도가 높아질수록 증가하는 반면, Nusselt 수는 Eckert 수, 나노입자 농도 및 Maxwell 유체 매개변수가 증가함에 따라 감소한다.

미세유체역학의 영역에서, 액적의 동역학은 Lab-on-a-Chip 장치 또는 마이크로분석 시스템에서의 잠재적 응용을 위한 관심과 연구의 중심이 되어 왔다. 액적의 거동은 흐름의 특성, 유체의 물성, 그리고 기하학적 매개변수에 따라 달라진다. T-접합부를 통과하는 동안의 액적 거동은 파괴(breakup)와 비파괴(NB) 영역을 포함한다. 본 연구에서는 T-접합부 미세채널 내에서의 액적 거동에 대해 모세관 수(Capillary number, Ca), 점도비(λ), 길이비(l/w)가 동시에 미치는 영향을 3차원 수치 시뮬레이션을 통해 조사하였다. 선행 연구에서 고려되지 않았던, NB 영역에서 파괴 영역으로의 전이에 대한 임계 Ca($C{a}_{\text{cr}}$)를 예측하는 데 점도비를 포함하는 새로운 모델을 제안한다. 임계 Ca는 점도비와 길이비의 함수이며, $C{a}_{\text{cr}}>a_1{\left(\frac{w}{l}\right)}^{a_2}f\left(\lambda \right)$로 결정되고 지배된다. 제안된 모델의 신뢰성은 수치 시뮬레이션 및 기존의 이론적 예측 모델을 통해 검증되었다. 또한 본 연구에서는 액적 거동에 대한 점도비의 영향을 조사하였다. 새롭게 관찰된 Trap 영역이 직사각형 단면을 갖는 미세채널에서 확인되었으며, 이는 일반적으로 낮은 Ca에서 나타난다. 더불어 정사각형과 직사각형 미세채널 단면 사이에서의 액적 파괴 거동 차이를 부각하기 위해 비교 분석을 수행하였다.

원자력발전소의 중대사고 조건에서는 원자로 압력용기의 하부 헤드가 크리프 변형 및 잠재적 파손 위험에 처할 수 있다. 본 연구는 쉘 이론의 적용을 통해 하부 헤드의 크리프 변형을 재현할 수 있는 계산 모델을 제시한다. 크리프에 의한 대변형을 고려하기 위해 운동학 방정식을 유도하고 이를 구현하였다. 특히, 본 연구는 기존 연구에서 결여되어 있던 수학적 정식화를 상세히 제공한다. 개발된 모델을 사용한 해석 결과는 변형 이력, 응력 분포, 변형된 형상을 고려하여 유한요소해석 결과와 비교하였다. 또한 결과를 바탕으로 크리프 변형을 위한 무차원 시간을 제안하였으며, 이는 파손 시 유효 변형률을 특성화할 수 있다. 마지막으로, 개발된 모델을 검증을 위해 OECD 하부 헤드 파손 시험에 적용하였다.