플라즈마 제트를 이용한 유체 표면 안정화

Abstract

제트 기체를 액체 표면에 분사시키는 구조는 과학분야와 산업기술에서 다양하게 쓰이고 있지만, 기체 제트가 분사되는 액체 표면에서 유체역학적으로 불안정성이 커져 이를 안정화하는 방법에 대한 연구가 절실했다. 본 연구에서는 기체를 이온화시킨 플라즈마가 기체와 액체 사이 경계면의 유체역학적 안정성을 높이는 것을 최초로 발견하고 그 원인을 규명하였다. 플라즈마 제트에 의해 유체 표면에 인가되는 힘은 유체방울의 생성이나 방울이 튀어오르는 것을 최소화하면서도 보다 안정적으로 경계면을 깊이 파이게 한다. 특히, 본 연구는 중성기체 제트에 비해 플라즈마 제트가 경계면에 더욱 깊고 안정적인 공동을 만드는 원인이 수면을 따라 전파되는 가스 이온화 펄스파인 ‘플라즈마 총알’의 영향임을 보였다. 본 연구는 플라즈마 제트를 활용한 기초·응용과학 발전에 쓸 수 있는 기초 기술을 개발한 것으로 과학 연구와 산업 현장에서 기초 기술로 활용할 수 있으며, 플라즈마 의료, 생명, 농업, 식품, 화학 등 여러 분야의 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.