Starting jet is observed in many biological systems as in the human heart and the propulsion of aquatic creatures, which are composed of deformable structures that interact with the fluid. These structures can be modeled as flexible sheets for understanding complex biological systems and used for effective fluid transport. In this study, an everting sheet structure is devised to generate a fast jet with high impulse by taking advantages of an elastic sheet. The formation of a starting jet flow through eversion process is investigated experimentally by using a simplified model that represents an everted structure. The ends of two everted elastic sheets with a large aspect ratio are clamped at both sides of a rectangular channel, and the other ends of them are in contact with each other in the middle of the channel. The dynamics of the flexible sheets during the eversion process are examined to understand how the formation of a jet is changed by the interaction with the sheets with different lengths $L_s$ and bending rigidities $B$ of the sheets. From the obtained flow field by particle image velocimetry, a much faster jet with the improved hydrodynamic impulse is generated in the presence of elastic sheets. Such formation of a fast jet with high impulse is expected to suggest new approach for medical applications such as treating total occlusions in the blood vessel or transdermal drug delivery.
스타팅 제트는 심장의 판막을 통해 흐르는 혈류나 수중 생물체의 추진 등과 같이 변형 가능한 구조체로 이루어져 유체와 상호작용하는 생물학적 시스템에서 관찰되어 왔다. 이러한 구조체는 복잡한 생물학적 시스템을 이해하기 위해 유연한 시트로 모델링 될 수 있으며, 이를 통해 효과적인 유체 수송에 이용되어 왔다. 본 연구에서는, 시트의 탄성을 효과적으로 이용하여 빠르고 강한 임펄스를 가지는 제트를 생성하기 위해 뒤집히는 시트 구조체를 고안하였고, 단순화 된 뒤집히는 시트 구조체를 이용하여 구조체가 뒤집히는 과정을 통해 형성된 스타팅 제트를 실험적으로 분석하였다. 큰 종횡 비를 갖는 직사각형 채널의끝에 각각 2개의 유연한 시트를 고정시켰고, 반대쪽 끝이 뒤집혀 맞닿아 있는 모델을 이용하여 실험을 수행하였다. 시트가 뒤집히는 과정에서 서로 다른 시트의 길이 ($L_s$) 와 시트의 휨 강성 ($B$) 에 따른 시트의 거동을 분석하였고 이에 따라 형성된 유동의 특성에 대한 분석이 정량적으로 이루어졌다. 입자 영상 유속계를 통해 얻어진 유동장으로부터, 구조체의 뒤집힘으로 더 빠르고 향상된 유체 임펄스를 가진 제트가 형성되는 것을 확인하였다. 추후에 이와 같이 구조체의 뒤집힘을 통해 형성된 빠르고 강한 제트를 이용하여 혈관 폐색을 효과적으로 치료하거나 경피 약물 전달 등 의료 분야에서 응용될 수 있을 것으로 기대한다.
