Rarefied Flow Analysis

    유체역학의 기본 지배방정식인 Navier–Stokes 방정식은 평균 자유행로가 충분히 짧아 연속체 가정이 성립하는 영역(continuum regime)에서 유효하다. 그러나 고고도 대기와 같이 압력과 밀도가 매우 낮은 환경에서는 연속체 가정이 붕괴되며, 기존의 Navier–Stokes 기반 전산유체역학(CFD) 기법을 적용하기 어렵다.

    이러한 비연속체 영역의 유동을 해석하기 위해, 입자적 관점에서 유동을 기술하고 입자 간 충돌을 고려하는 Boltzmann 방정식이 사용된다. 해당 방정식은 계산 비용이 매우 크기 때문에, 실제 해석에서는 입자 충돌을 통계적으로 모사하는 직접모사 몬테카를로 기법(Direct Simulation Monte Carlo, DSMC)이 널리 활용된다. 대표적으로 SPARTA와 같은 오픈소스 기반 해석 프로그램이 개발되어 다양한 희박기체 유동 문제에 적용되고 있다.

    본 연구에서는 DSMC 기반 오픈소스 프로그램인 SPARTA를 활용하여 비평형 유동 해석을 수행하고, 고정밀 다화학종 반응 모델을 구축하는 연구를 진행하고 있다. 또한, 고고도 대기 환경에서의 효율적인 해석을 위한 신속 해석자 개발 및 응용 연구를 수행하고 있다.