Hairy structures are necessary entities to trap the particles in flow and has been analyzed hydrodynamically to account for this mechanism. Due to small size of the hairy structures, studies have been carried out with low Reynolds number fluid dynamics. In this work, flow structure and inertial particle dynamics along those structures are investigated numerically. Correlation between flow structures and inertial particle behaviors are analyzed in sense of the Stokes number, and particle kinematics is examined numerically. General particle behaviors along the moving structures are investigated by computing drift volume. Furthermore, paddle-like acting in low Reynolds number flow is also examined with flow structure analysis and particle tracking. An in-house developed immersed boundary method (IBM) code is used to produce flows near the structures, and particle dynamics is also investigated numerically using the Maxey-Riley equation.
곤충의 더듬이, 털, 특정 식물의 씨앗 등은 입자를 감지하고 추적하는 데에 꼭 필요한 기관이다. 이러한 기관들은 작은 크기로 인하여 Reynolds number가 낮은 유동을 이용하여 분석되어 왔다. 본 학위논문에서는 털 주위의 유동 구조와 입자 역학을 수치해석을 이용하여 탐구한다. 유동 구조와 입자 역학의 연관성을 Stokes number와 연관지어 분석하고, 다양한 변수들이 입자의 이동에 끼치는 영향을 탐구하는 것을 목표로 한다. 입자의 이동을 정략적으로 분석하기 위하여 drift 개념을 도입하여 고찰함과 더불어, Reynolds number가 낮을 때 털 가닥 사이의 틈새가 막히는 현상을 집중적으로 분석한다. 유동 구조 시뮬레이션은 immersed boundary method (IBM)를 통하여 이루어졌으며, 입자의 추적 역시 Maxey-Riley equation을 수치적으로 풀어내면서 이루어졌다.
