김민찬 연구실
화학공학과
김민찬
김민찬 연구실은 화공그린에너지학과를 기반으로 이동현상, 대류 불안정성, 그리고 첨단 유동 가시화 기술을 중심으로 한 융합 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 물질, 열, 운동량의 전달 현상에 대한 이론적 해석과 수치 시뮬레이션을 통해, 복잡한 유체 시스템에서 발생하는 다양한 현상을 심층적으로 탐구합니다. 특히, 다공성 매질, 상변화, 이중확산, 마랑고니 효과 등 복합적인 유동 및 열전달 현상에 대한 연구를 선도하고 있습니다.
최근에는 상변화가 동반되는 계에서의 대류 불안정성, 점성 핑거링, 그리고 화학반응이 유동 안정성에 미치는 영향 등 다양한 주제를 다루고 있습니다. 이를 위해 선형 및 비선형 안정성 해석, 고성능 수치해석, 그리고 실험적 검증을 병행하여, 이론과 실제를 아우르는 종합적인 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 이산화탄소 저장, 에너지 저장 시스템, 환경 오염물 이동 등 실질적인 사회 문제 해결에 기여하고 있습니다.
또한, 본 연구실은 전기 임피던스 단층촬영(EIT) 및 유동 가시화 기술 개발에도 집중하고 있습니다. EIT는 유체 내의 이상 유동, 입자 분포, 다상 유동 현상을 실시간으로 시각화할 수 있는 혁신적인 진단 도구로, 공정 감시, 품질 관리, 신소재 개발 등 다양한 산업 현장에 적용되고 있습니다. 연구실에서는 신호처리 및 영상 복원 알고리즘 개발, 마이크로플루이딕스 및 MEMS 소자 적용 등 첨단 융합 연구를 활발히 수행하고 있습니다.
이와 더불어, 김민찬 연구실은 산학협력, 정부 및 산업체 연구과제 수행, 특허 및 기술이전 등 다양한 외부 협력 활동을 통해 연구성과의 실용화와 확산에도 힘쓰고 있습니다. 청정에너지, 스마트그리드, 자립형 센서 플랫폼 등 미래 에너지 및 환경 기술 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다.
종합적으로, 김민찬 연구실은 이동현상 및 대류 불안정성 해석, 전기 임피던스 단층촬영 기반 유동 가시화, 그리고 융합 에너지 시스템 연구를 통해, 학문적 발전과 실질적 사회 기여를 동시에 추구하는 선도적 연구실입니다.
Viscous Fingering
Gravitational Instability
Thermodynamic Instability
이동현상 및 대류 불안정성 해석
이동현상은 물질, 열, 그리고 운동량이 다양한 매질 내에서 어떻게 전달되는지를 연구하는 분야로, 화학공학 및 에너지 시스템의 핵심적인 역할을 담당합니다. 김민찬 연구실에서는 유체 내에서 발생하는 대류, 확산, 그리고 이들 현상에 의해 유발되는 불안정성의 발생과 성장 메커니즘을 심도 있게 분석합니다. 특히, 다공성 매질, 층류 및 난류 유동, 그리고 복잡한 경계 조건에서의 이동현상에 대한 이론적, 수치적 연구를 수행하고 있습니다.
최근 연구에서는 상변화가 동반되는 계에서의 대류 불안정성, 이중확산 대류, 마랑고니 효과, 그리고 점성 핑거링 현상 등 다양한 복합 현상에 대한 해석이 이루어지고 있습니다. 이를 위해 선형 및 비선형 안정성 해석, 수치 시뮬레이션, 그리고 실험적 검증을 병행하여, 복잡한 유동 및 열전달 현상의 본질을 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 이산화탄소 저장, 에너지 저장 시스템, 환경 오염물 이동 등 다양한 응용 분야에 직접적으로 연결됩니다.
이동현상 및 대류 불안정성 해석 연구는 새로운 에너지 시스템의 효율성 향상, 환경 문제 해결, 그리고 첨단 소재 및 공정 개발에 중요한 기초를 제공합니다. 김민찬 연구실은 이러한 연구를 통해 국내외 학계 및 산업계에 기여하고 있으며, 미래 에너지 및 환경 기술 발전에 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.
전기 임피던스 단층촬영(EIT) 및 유동 가시화 기술
전기 임피던스 단층촬영(EIT)은 유체 내의 이상 유동, 입자 분포, 그리고 다상 유동 현상을 비침습적으로 시각화할 수 있는 첨단 진단 기술입니다. 김민찬 연구실은 EIT 기법을 활용하여 복잡한 유동장 내에서의 물질 분포, 농도 변화, 그리고 상전이 현상을 실시간으로 측정하고 분석하는 연구를 선도하고 있습니다. 이 기술은 기존의 광학적 또는 기계적 측정 방법으로는 접근이 어려운 내부 유동 구조를 정밀하게 파악할 수 있다는 장점이 있습니다.
연구실에서는 확장 칼만 필터, 정규화 뉴턴-랩슨 방법 등 다양한 신호처리 및 영상 복원 알고리즘을 개발하여 EIT의 해상도와 정확도를 높이고 있습니다. 또한, 마이크로플루이딕스 소자, MEMS 기반 분석장치, 그리고 고농도 입자 현탁액 등 다양한 실험 환경에 EIT를 적용하여, 공정 감시, 품질 관리, 그리고 신소재 개발 등 실질적인 산업 응용을 실현하고 있습니다. 이와 더불어, EIT를 활용한 공정 자동화 및 스마트 센서 플랫폼 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다.
전기 임피던스 단층촬영 및 유동 가시화 기술은 화학공정, 바이오공정, 에너지 시스템 등 다양한 분야에서 핵심적인 진단 및 제어 도구로 자리매김하고 있습니다. 김민찬 연구실의 연구는 이러한 기술의 한계를 극복하고, 새로운 응용 가능성을 제시함으로써, 미래 지향적 공정 혁신에 크게 기여하고 있습니다.
1
Numerical study of infinitely fast chemical reaction-induced Kelvin-Helmholtz interfacial instability in a plane Poiseuille flow
김민찬, 홍정숙
PHYSICS OF FLUIDS, 2024
2
Solutal Marangoni effects on pattern and skin formations on the rapidly evaporating surface of polymer solution layer
Peter J. Daivis, 김민찬, 홍정숙, 송광호
PHYSICS OF FLUIDS, 2024
3
Onset and growth of viscous fingering in miscible annular ring
김민찬, 홍정숙, Lopamudra Palodhi, M. Mishra
PHYSICS OF FLUIDS, 2024
2
저전력 센서와 구동을 위한 자립형전원 센서 플랫폼 개발
3
(그린에너지미래모빌리티사업단)지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업