수치해석을 이용한 마이크로 인젝터의 내부 미세유동장 해석 및 개발
Micro-scale flowfield analysis inside the micro injector and its development using numerical simulation
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 최윤호
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
최근 MEMS (Micro ElectroMechanical Systems) 기술의 발달에 따라 약물전달시스템의 중요성이 증대되고 있다. 약물전달시스템에서는 소량의 약물을 정확하고 일정하게 조절하는 것이 중요하기 때문에 미소 유체 소자의 성능평가 및 최적설계를 위해 상용코드인 CFD-ACE+ 를 사용해서 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구는 마이크로 인젝터 내부의 유동장을 해석하고 인젝터를 개발하는데 목적을 두고 있다. 또한 채널 내의 유동이 비정상상태 2상(相)유동이기 때문에 수치해석을 하기 위하여 일반적으로 알려진 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식 이외에 VOF (Volume of fluid) 모델링 기법과 PLIC(Piecewise Linear Interface Construction) 기법을 사용하였으며 미소 유체 소자라는 것을 감안하여 표면장력을 고려하였다. 연구 내용은 모세관 현상의 모사를 통해 코드의 타당성을 검증한 뒤 2004년도에 아주대학교에서 개발된 모델을 시뮬레이션 해보고 새로운 형상들을 추가적으로 수치적으로 해석해보았다. 형상에 따라 원하는 방향으로 어느 정도의 물이 출구부로 전달되는지 혹은 다른 문제점은 발생하지 않는지 살펴보았다. 최종적으로 현재까지 고안된 모델들 중 최적설계 된 모델을 찾아보았다.
more초록/요약
Recently a drug delivery system is increasingly important according to the development of MEMS technology. Because it is considering that drug should be delivered with small amount and accurately, the evaluation of performance of the micro-scale devices and the study for an optimal design using a commercial code (CFD-ACE+) have been made. The purpose of this study is the analysis of flowfield inside the micro injector and development of the new micro injector. This study not only uses continuum and Navier-Stokes equations but also VOF (Volume of fluid), PLIC (Piecewise Linear Interface Construction) modeling and surface tension because flow inside a channel is unsteady and has two phases. This study includes validation of the commercial code, simulation of the micro injector which is developed by the Ajou University in 2004 and analyses of several new micro injectors using numerical simulation. We investigated how water flows out from the channel and whether it has problems or not. Finally an optimally designed micro injector was devised using the present investigation.
more목차
목차
감사의 글 = ⅰ
요약문 = ⅱ
목차 = ⅲ
그림 차례 = ⅴ
표 및 그래프 차례 = ⅵ
사용 기호 = ⅶ
1. 서론 = 1
2. 지배방정식과 수치해석 기법 = 4
2.1 연속 및 Navier-Stokes 방정식 = 4
2.2 VOF 모델링 = 5
2.3 PLIC 모델링 = 5
2.4 표면장력 = 8
3. 상용코드의 검증 = 10
4. 마이크로 인젝터 = 11
4.1 모델 2004 = 11
4.1.1 실험 모델 = 11
4.1.2 수치해석 모델 = 12
4.1.3 해석 결과 = 13
4.2 모델 2005 = 14
4.2.1 실험 모델 = 14
4.2.2 모델 2005-1 = 15
4.2.3 모델 2005-2 = 17
4.2.4 모델 2005-3 = 18
4.2.5 모델 2005-4 = 18
4.3 모델 2005 특성 비교 = 19
5. 결론 = 21
참고문헌 = 23
그림 = 25
표 및 그래프 = 35
Abstract = 36
