연구단의 주력 연구분야 중의 하나가 에너지/환경 소재 가공 중에 중간재인 슬러리의 유동을 다루는 것입니다. 우리 연구단에서는 특히 이러한 슬러리의 코팅에 사용되는 다양한 코터의 분석과 디자인과 관련된 전산모사와 실험을 진행하고 있습니다.
기본적으로 코터는 분배(disgribution)과 도포(application)의 기능(function)을 수행하는 장비로, 코티의 디자인은 이러한 기능을 구현하기 위해 코터 내부와 외부의 특정 형태를 도입하거나, 유동을 고려한 합리적인 공정 조업조건의 선정이 필요하다. 그러나 다양한 에너지/환경 소재 가공에 사용되는 배터리 혹은 연료전지용 슬러리를 전형적인 복잡유체 (Complex fluids)로서 기존의 코팅 용액과는 다른 복잡한 유변물성을 보이므로 기존 코팅 다이 디자인이나 공정조업조건을 그대로 적용하는 것은 합리적이지 못하다.
연구단에서는 체계적인 슬러리용 코팅 다이 분석기법및 설계안을 도출하기 위하여, 표준 코팅 다이를 지정하고, 다양한 관련 전산모사 및 실험 데이터를 축적할 예정이다. 예를 들어, 현재 전산모사를 통한 코팅 유동내부의 체류 혹은 와류 영역의 조사, 다양한 외란에 따른 코팅 층 두께 변화, 유동시각화를 통한 코팅 유동 특성 파악과 같은 연구들일 진행되고 있다. 이를 체계적인 연구 결과들을 바탕으로 향후에 기계학습 및 인공지능을 활용한 새로운 코텅 분석 및 디자인 연구 체계를 확립하고자 한다.
$$ \begin{eqnarray*} & &\int_{Q_n} \mathbf{w}^h \cdot \rho\left(\frac{\partial \mathbf{u}^h}{\partial t} + \mathbf{u}^h \cdot \nabla \mathbf{u}^h\right) \mathrm{d}Q + \int_{Q_n} \nabla \mathbf{w}^h : \rho \left(\frac{\partial \mathbf{u}^h}{\partial t} + \mathbf{u}^h \cdot \nabla \mathbf{u}^h\right) \mathrm{d}Q \\ &+& \int_{Q_n} q^h \nabla \cdot \mathbf{u}^h \mathrm{d}Q \\ &+& \int_{Q_n} \left(\mathbf{w}^h\right)^+_n \cdot \rho\left( \left(\mathbf{u}^h\right)^+_n - \left(\mathbf{u}^h\right)^-_n\right) \mathrm{d}Q \\ &+& \sum_{e=1}^{\left(n_{\mathrm{el}}\right)_n} \int_{Q^e_n} \tau_\mathrm{MOM} \frac{1}{\rho} \left[ \rho \left( \frac{\partial \mathbf{w}^h}{\partial t} + \mathbf{u}^h \cdot \nabla \mathbf{w}^h\right) - \nabla \cdot \sigma( q^h, \mathbf{w}^h) \right] \cdot \left[ \rho \left( \frac{\partial \mathbf{u}^h}{\partial t} + \mathbf{u}^h \cdot \nabla \mathbf{u}^h\right) - \nabla \cdot \sigma( p^h, \mathbf{u}^h)\right] \\ &=& \int_{\left( P_n\right)_h} \mathbf{w}^h \cdot \mathbf{h}^h \mathrm{d} P. \end{eqnarray*} $$
