포스텍, 물체 ‘소용돌이 현상’ 원리 풀었다

포스텍 신소재공학과 제정호 교수

시냇물이 흐를 때, 배가 풍랑을 헤쳐 나갈 때, 태풍이나 토네이도가 몰아칠 때, 태풍이나 우주의 성운을 관찰할 때 등 물체가 돌면서 나선형으로 흐르는 ‘소용돌이’ 현상의 원리를 포스텍 연구팀이 밝혀냈다.

포스텍은 6일 신소재공학과 제정호 교수·이지산 박사 연구팀이 물방울이 액체 표면에 떨어지는 순간 소용돌이가 형성되는 찰나의 모습을 초고속 X-레이 현미경을 이용해 그 원리를 밝혀냈다고 밝혔다.

대학측은 미래창조과학부와 한국연구재단의 리더연구자 지원사업으로 수행된 이 연구 결과는 네이처 자매지인 네이처 커뮤니케이션스지 최신호에 게재됐다고 덧붙였다.

연구팀은 물방울이 액체 표면에 떨어질 때 순간적으로 액체가 물방울의 벽면을 타고 올라가면서 작은 소용돌이가 만들어지는 과정을 X-레이 현미경에 생생히 담아냈다. 분석 결과, 그동안 학계에 정설로 알려진 소용돌이 형성 기준이 잘못됐다는 것을 확인했고, 액체의 오네조르게 수(Oh)가 충분히 적을 때 탄성파 에너지의 전달에 의해 소용돌이가 형성되는 원리를 밝혀냈다.

연구팀은 이 원리에 따라 액체의 오네조르게 수를 소용돌이 형성의 새로운 기준으로 제시했다. 오네조르게 수는 유체가 이동할 때 점성력과 관성력 및 탄성력을 연관시키는 유체역학 상수다.

연구팀은 이와 함께 소용돌이가 연속해 여러 개가 형성될 수 있는 것도 처음으로 확인했으며 소용돌이의 회전 역학과 각 속도, 나선 모양 등 구체적인 소용돌이 형태까지 밝혀냈다고 설명했다.

연구를 주도한 제정호 교수는 “소용돌이 형성 원리는 태풍과 같은 자연재해를 좀 더 체계적으로 이해함으로써 예측의 정확도를 높이거나, 유체물질전달을 응용하는 산업에서도 공정효율을 높이는 데 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

포항=마창성기자 mcs12@yeongnam.com

마창성 기자

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