Study on the Fluid-Surface Characteristics by Using Flow Visualization and Numerical Simulation of Stokes Flow in a Cavity

Abstract. In this study, we propose a method for characterizing fluid-mechanical properties of a fluid sur-face, such as surface dilatational and shear viscosity, by matching the flow visualization and the numericalsimulation for a Stokes flow in a three-dimensional cavity. The surface flow is driven by shear stressexerted on the free surface by an external gas flow. The external gas flow is simulated by using a com-mercial code, while the Stokes flow is calculated by an in-house code. We have found that the surfaceflow is very sensitive to the surface tension and other properties. The qualitative feature of the surfaceflow can be reproduced by the parameter tuning.Key Words: Flow Visualization (유동가시화), Cavity (캐버티), Dilatation (팽창), Viscosity (점성), SurfaceTension (표면장력) 1. 서론 액체의 표면 특성은 특히 액적과 같이 작은 스케일의 유체를 대상으로 하는 경우 매우 중요한 인자로 대두된다. 예를 들면 마이크로유체역학에서 액적 내부유체를 혼합시켜 (1)신속한 화학반응을 유도하는 경우 ,반도체 제조 공정에서 액적 내부의 유동을 형성하여커피얼룩(coffee stain) 효과를 줄이고 분자의 결정방향을 원하는 방향으로 제어함으로써 고성능의 반도체를제작하는 (2)경우 등의 예를 들 수 있다.이 경우, 액적 표면의 특성은 내부 유동의 형성에 매우 민감하게 작용하여 유동의 제어에 결정적인 인자로작용한다