Fluid-body interaction problems arise in many industrial fields, from artificial transports to offshore structures. The systems containing a moving body in a fluid are also widely observed in nature such as swimming fish, flying birds, trees shaking in the wind, or falling leaves. The no-slip boundary condition of the fluid should be satisfied on the body surface to consider the fluid-body interaction numerically, which is difficult to be achieved by using a previous numerical method when the body is deformed due to its flexibility or accelerated rapidly. In the present thesis, an immersed boundary method (IBM) is presented to examine the motion and deformation of the flexible body in the fluid, and various phenomena associated with biological propulsions are explored numerically. The IBM for fluid-flexible body-thermal interactions is developed by enhancing the previous approach, and the heat transfer system including a flexible body is proposed to enhance a thermal efficiency. The IBM proposed in the present thesis would help researchers of various fields such as mechanical, biological, electrical, or marine engineering to analyze the phenomena associated with fluid-body-thermal interaction and to solve engineering problems.
유체-고체 상호작용과 관련된 문제는 상공을 운행하는 비행기 또는 도로 위를 달리는 자동차부터, 바다에 건설된 플랜트와 해상구조물까지 산업계에서 다양한 형태로 존재한다. 물속을 헤엄치는 물고기, 하늘을 나는 새, 바람에 흔들리는 나무, 떨어지는 낙엽 등 유체 속에서 거동하는 고체를 포함한 시스템은 자연계에서도 흔하게 찾아 볼 수 있다. 유체-고체 상호작용과 관련된 문제를 수치적으로 해석하기 위해서는 고체 표면에서 유체의 점착 조건을 만족시켜야 하는데, 고체의 연성으로 인해 변형이 일어나거나 격렬하게 움직이는 경우 기존의 수치 방법으로는 점착 조건을 정확하게 만족시킬 수 없다. 본 연구에서는 유체 내에서 연성을 가진 고체의 거동을 효과적으로 해석 하기 위한 수치 기법을 제시하고, 이를 이용하여 자연계에서 나타나는 다양한 추진 현상에 대해 분석하였다. 기존의 방법을 발전시켜 유체-연성체-열 상호작용 해석을 위한 가상경계기법을 개발 및 검증하였고, 대류 열 전달을 향상시킬 수 있는 시스템을 제시하였다. 본 연구에서 개발한 가상경계기법을 바탕으로 기계, 생명, 전자, 해양 등 다양한 공학 분야에서 발생하는 유체-연성체-열 상호작용 현상을 역학적으로 분석하고 직면한 공학적 문제에 대한 해답을 제시 할 수 있을 것으로 기대된다.
