KR102219282B1 - Rheological cloaking structure - Google Patents

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KR102219282B1
KR102219282B1 KR1020200026090A KR20200026090A KR102219282B1 KR 102219282 B1 KR102219282 B1 KR 102219282B1 KR 1020200026090 A KR1020200026090 A KR 1020200026090A KR 20200026090 A KR20200026090 A KR 20200026090A KR 102219282 B1 KR102219282 B1 KR 102219282B1
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송영석
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단국대학교 산학협력단
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
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    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/001—Flow of fluid from conduits such as pipes, sleeves, tubes, with equal distribution of fluid flow over the evacuation surface

Abstract

The present invention relates to a rheological cloaking structure, which comprises a plurality of first unit cells. The plurality of first unit cells are arranged in a first area surrounding a flow exclusion area where flow of fluid is excluded. The first unit cell comprises a first structure, wherein the first structure has higher effective viscosity or effective density as getting closer to the flow exclusion area in a radial direction.

Description

유동학적 클로킹 구조체{RHEOLOGICAL CLOAKING STRUCTURE}Rheological cloaking structure {RHEOLOGICAL CLOAKING STRUCTURE}

본 발명은 유동학적 클로킹 구조체에 관한 것으로서, 상세하게는 유체 유동을 특정 공간에서 배제시킬 수 있는 유동학적 클로킹 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a rheological clocking structure, and more particularly, to a rheological clocking structure capable of excluding fluid flow in a specific space.

항력은 유체 유동과 반대 방향으로 물체에 작용하는 마찰 유체력(fluid flow)이다. 이러한 항력의 전략적 통제는 운송수단(vehicles) 및 파이프 유동(flow)과 같은 공학 산업 응용뿐만 아니라, 쓰나미 및 허리케인과 같은 자연 재해에 대처하는 데 중요하다. 사실, 유동하는 유체 내에서 물체에 대한 마찰 저항을 배제할 수 있는 무항력 기술은 우리의 삶을 완전히 변화시킬 수 있다.Drag is the friction fluid flow acting on an object in the opposite direction to the fluid flow. Strategic control of this drag is important in dealing with natural disasters such as tsunamis and hurricanes, as well as engineering industrial applications such as vehicles and pipe flows. In fact, the non-majeure technique that can rule out the frictional resistance of objects in a flowing fluid can completely change our lives.

한편, 변환 광학은 도메인에서 다양한 물리적 필드(physical fields)를 조정하는 방법을 개척하였다. 그것은 클록(cloak, 망토) 내부에 있는 물체를 보이지 않게 만드는(투명화하는) 클록을 설계하기 위한 수학적 배경을 제공한다. 많은 연구들이 공간적으로 변하는 물질 파라미터들을 도입함으로써 전자기적 메타물질 클록들을 설계하고 구현하는 것을 수행하였다. 게다가, 이러한 개념은 음향학, 양자 역학, 열역학, 고체역학 및 최근 심지어 시간과 같은, 다른 영역들에도 적용될 수 있다.On the other hand, conversion optics has pioneered a method of adjusting various physical fields in the domain. It provides a mathematical background for designing a clock that makes objects inside the clock invisible (transparent). Many studies have done the design and implementation of electromagnetic metamaterial clocks by introducing spatially varying material parameters. In addition, this concept can be applied to other domains, such as acoustics, quantum mechanics, thermodynamics, solid mechanics, and even recently.

그러나, 유체 유동을 제어하기 위한 메타물질 클록들은 아직 보고되지 않았다.However, metamaterial clocks for controlling fluid flow have not yet been reported.

한국등록특허공보 제10-1498656호(2015.02.26 등록, 발명의 명칭 : 투명화 장치 및 그 방법)Korean Patent Publication No. 10-1498656 (registered on Feb. 26, 2015, title of invention: Transparency device and its method)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반경 방향을 따라 유체 유동이 배제되는 유동배제영역에 가까워질수록 유효 점도 또는 유효 밀도가 높아지게 형성되는 유동학적 메타구조체를 포함함으로써, 원하는 특정 공간으로부터 유체 유동을 배제시킬 수 있는 유동학적 클로킹 구조체를 제공함에 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve such a conventional problem, a rheological meta-structure formed such that the effective viscosity or the effective density increases as the flow-exclusion region from which fluid flow is excluded along the radial direction becomes closer. By including, it is to provide a rheological clocking structure capable of excluding fluid flow from a desired specific space.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 유동학적 클로킹 구조체는, 유체 유동이 배제되는 유동배제영역을 둘러싸는 제1영역에 배치되는 복수의 제1단위 셀;을 포함하고, 상기 제1단위 셀은, 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역에 가까워질수록 유효 점도 또는 유효 밀도가 높아지게 형성되는 제1구조체를 포함하고, 상기 제1구조체는, 내부 공간과 외부를 구획하는 벽체와, 내부 공간과 외부 사이에서 유체가 유동 가능하도록 상기 벽체를 관통하게 형성된 통로를 포함하고, 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 벽체의 두께는 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 벽체의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the rheological clocking structure includes a plurality of first unit cells disposed in a first region surrounding a flow exclusion region from which fluid flow is excluded, wherein the first unit cell includes a radius It includes a first structure formed to increase the effective viscosity or effective density as it approaches the flow exclusion area along a direction, and the first structure includes a wall partitioning the inner space and the outside, and a fluid between the inner space and the outside. The thickness of the wall of the first structure of the first unit cell, which includes a passage formed to pass through the wall so that the flow is possible, and is disposed close to the flow exclusion area along a radial direction, is far from the flow exclusion area along a radial direction. It is characterized in that it is formed thicker than the thickness of the wall of the first structure of the arranged first unit cell.

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본 발명에 따른 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 상기 제1구조체의 단면은 다각형 형상으로 형성되고, 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 적어도 한 변의 길이는 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 적어도 한 변의 길이보다 크게 형성될 수 있다.In the rheological clocking structure according to the present invention, the cross section of the first structure is formed in a polygonal shape, and the length of at least one side of the first structure of the first unit cell disposed close to the flow exclusion area along the radial direction is It may be formed larger than a length of at least one side of the first structure of the first unit cell disposed away from the flow exclusion region along the radial direction.

본 발명에 따른 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 상기 제1구조체의 단면은 원형 형상으로 형성되고, 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 지름의 길이는 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 지름의 길이보다 크게 형성될 수 있다.In the rheological clocking structure according to the present invention, the cross section of the first structure is formed in a circular shape, and the length of the diameter of the first structure of the first unit cell disposed close to the flow exclusion area along the radial direction is a radius It may be formed larger than the diameter of the first structure of the first unit cell disposed away from the flow-exclusion area along the direction.

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본 발명에 따른 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 상기 제1영역을 둘러싸는 제2영역에 배치되는 복수의 제2단위 셀;을 더 포함하고, 상기 제2단위 셀은, 상기 제2영역에 인접하는 제1단위 셀의 유효 점도와 상기 제2단위 셀의 유효 점도가 실질적으로 동일해지도록 또는 상기 제2영역에 인접하는 제1단위 셀의 유효 밀도와 상기 제2단위 셀의 유효 밀도가 실질적으로 동일해지도록 형성된 제2구조체를 포함할 수 있다.In the rheological clocking structure according to the present invention, a plurality of second unit cells disposed in a second region surrounding the first region; further comprising, wherein the second unit cell is adjacent to the second region. The effective density of the first unit cell adjacent to the second region and the effective density of the second unit cell are substantially the same so that the effective viscosity of the first unit cell and the effective viscosity of the second unit cell are substantially the same It may include a second structure formed to be released.

본 발명에 따른 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 상기 제2구조체의 단면은 원형 형상으로 형성될 수 있다.In the rheological clocking structure according to the present invention, the cross section of the second structure may be formed in a circular shape.

본 발명의 유동학적 클로킹 구조체에 따르면, 원하는 특정 공간으로부터 유체 유동을 배제시킬 수 있다.According to the rheological clocking structure of the present invention, it is possible to exclude fluid flow from a specific desired space.

또한, 본 발명의 유동학적 클로킹 구조체에 따르면, 제2영역으로 진입한 유체 유량의 대부분을 제1영역으로 유도할 수 있다.Further, according to the rheological clocking structure of the present invention, most of the fluid flow rate entering the second region can be guided to the first region.

또한, 본 발명의 유동학적 클로킹 구조체에 따르면, 반경 방향을 따라 유체 유동이 배제되는 유동배제영역에 가까워질수록 유효 점도 및 유효 밀도가 동시에 높아지게 형성되는 유동학적 메타구조체를 포함함으로써, 원하는 특정 공간으로부터 유체 유동을 배제시킬 수 있는 효과를 극대화할 수 있다.In addition, according to the rheological clocking structure of the present invention, by including a rheological meta-structure that is formed so that the effective viscosity and the effective density are simultaneously increased as the fluid flow is excluded from the flow-exclusion area along the radial direction, The effect of eliminating fluid flow can be maximized.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동학적 클로킹 구조체를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 유동학적 클로킹 구조체의 제1단위 셀을 도시한 도면이고,
도 3은 도 1의 유동학적 클로킹 구조체의 제2단위 셀을 도시한 도면이고,
도 4는 도 1의 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 유동배제영역으로부터 멀어지는 반경 방향을 따라 제1단위 셀의 유효 점도를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 유동배제영역으로부터 멀어지는 반경 방향을 따라 제1단위 셀의 유효 밀도를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 도 1의 유동학적 클로킹 구조체의 제1단위 셀의 변형례를 도시한 도면이다.1 is a view showing a rheological clocking structure according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a first unit cell of the rheological clocking structure of FIG. 1,
3 is a diagram showing a second unit cell of the rheological clocking structure of FIG. 1,
4 is a view for explaining the effective viscosity of the first unit cell along the radial direction away from the flow exclusion region in the rheological clocking structure of FIG. 1,
5 is a view for explaining the effective density of the first unit cell along the radial direction away from the flow exclusion area in the rheological clocking structure of FIG. 1,
6 is a view showing a modified example of the first unit cell of the rheological clocking structure of FIG.

이하, 본 발명에 따른 유동학적 클로킹 구조체의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the rheological clocking structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동학적 클로킹 구조체를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 유동학적 클로킹 구조체의 제1단위 셀을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 유동학적 클로킹 구조체의 제2단위 셀을 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 유동배제영역으로부터 멀어지는 반경 방향을 따라 제1단위 셀의 유효 점도를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 1의 유동학적 클로킹 구조체에 있어서, 유동배제영역으로부터 멀어지는 반경 방향을 따라 제1단위 셀의 유효 밀도를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a rheological clocking structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a first unit cell of the rheological clocking structure of FIG. 1, and FIG. 3 is a rheological clocking structure of FIG. A diagram showing the second unit cell of the clocking structure, and FIG. 4 is a view for explaining the effective viscosity of the first unit cell along the radial direction away from the flow exclusion area in the rheological clocking structure of FIG. 5 is a view for explaining the effective density of the first unit cell along the radial direction away from the flow exclusion region in the rheological clocking structure of FIG. 1.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 유동학적 클로킹 구조체(100)는, 유체 유동을 특정 공간에서 배제시킬 수 있는 것으로서, 제1단위 셀(110)과, 제2단위 셀(120)을 포함한다.1 to 5, the rheological clocking structure 100 according to the present embodiment is capable of excluding fluid flow in a specific space, and includes a first unit cell 110 and a second unit cell 120. ).

본 명세서에서는 본 발명의 유동학적 클로킹 구조체(100)를 이용하여 일 방향으로 흐르는 유체 유동(f)을 배제시킬 수 있는 특정 공간을 유동배제영역(1)이라 정의한다.In the present specification, a specific space capable of excluding a fluid flow f flowing in one direction using the rheological clocking structure 100 of the present invention is defined as a flow exclusion region 1.

상기 제1단위 셀(110)은 복수 개가 마련되어 유체 유동(f)이 배제되는 유동배제영역(1)을 둘러싸는 제1영역(10)에서 방사 형태로 배치되고, 본 명세서에서 제1영역(10)은 유체 유동이 배제되는 유동배제영역(1)을 둘러싸도록 형성된 영역을 의미한다.A plurality of the first unit cells 110 are disposed in a radial form in the first region 10 surrounding the flow exclusion region 1 from which the fluid flow f is excluded, and in the present specification, the first region 10 ) Means an area formed to surround the flow exclusion area 1 from which fluid flow is excluded.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1구조체(111)는, 내부 공간(11)과 외부(12)를 구획하는 벽체(112)와, 내부 공간(11)과 외부(12) 사이에서 유체가 유동 가능하도록 벽체(112)를 관통하게 형성된 통로(113)를 포함한다. 통로(113)를 통해 벽체(112) 내부 공간에도 유체가 유동할 수 있으므로 제1단위 셀(110)은 유체 흐름에 기반한 메타구조체로 볼 수 있으며, Navier-Stokes 방정식에 기반한 메타구조체로 볼 수 있다.1 and 2, the first structure 111 has a wall 112 that partitions the inner space 11 and the outer 12, and the fluid between the inner space 11 and the outer 12 It includes a passage 113 formed to pass through the wall 112 to enable flow. The first unit cell 110 can be viewed as a meta-structure based on fluid flow, and can be viewed as a meta-structure based on the Navier-Stokes equation, since fluid can also flow in the space inside the wall 112 through the passage 113. .

제1단위 셀(110)은 제1구조체(111)와 주변 영역(116)으로 구성될 수 있고, 제1구조체(111)의 단면은 다각형 형상, 바람직하게는 사각형 형상으로 형성될 수 있다.The first unit cell 110 may be composed of a first structure 111 and a peripheral region 116, and the cross section of the first structure 111 may be formed in a polygonal shape, preferably a quadrangular shape.

일례로, 제1구조체(111)의 한 변의 길이(b1,b2)를 조정함으로써, 제1단위 셀(110)의 유효 점도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1구조체(111)의 반경 방향(r)의 변의 길이(b1)는 고정한 상태에서, 제1구조체(111)의 원주 방향(a)의 변의 길이(b2)를 188㎛로 형성한 제1단위 셀(110)의 유효 점도는, 제1구조체(111)의 원주 방향(a)의 변의 길이(b2)를 159㎛로 형성한 제1단위 셀(110)의 유효 점도보다 높게 된다.For example, by adjusting the lengths b1 and b2 of one side of the first structure 111, the effective viscosity of the first unit cell 110 may be adjusted. For example, the length b1 of the side in the radial direction r of the first structure 111 is fixed, and the length b2 of the side in the circumferential direction a of the first structure 111 is 188 μm. The effective viscosity of one first unit cell 110 is higher than the effective viscosity of the first unit cell 110 in which the length b2 of the side in the circumferential direction (a) of the first structure 111 is 159 μm. .

제1구조체(111)의 한 변의 길이(b1,b2)를 크게 하면 단위 셀의 유체에 대한 저항을 크게 하고, 제1구조체(111)의 한 변의 길이(b1,b2)를 작게 하면 단위 셀의 유체에 대한 저항을 작게 할 수 있는데, 이러한 유체 저항을 이용하여 제1단위 셀(110)의 유효 점도를 정의할 수 있다.If the length of one side (b1, b2) of the first structure 111 is increased, the resistance to the fluid of the unit cell is increased, and if the length of one side of the first structure 111 (b1, b2) is decreased, the unit cell is The resistance to the fluid can be reduced, and the effective viscosity of the first unit cell 110 can be defined using this fluid resistance.

다른 예로, 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 조정함으로써, 제1단위 셀(110)의 유효 밀도를 조정할 수도 있다. 예를 들어, 제1구조체(111)의 반경 방향(r)의 변의 길이(b1)와 원주 방향(a)의 변의 길이(b2)를 고정한 상태에서, 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 20㎛로 형성한 제1단위 셀(110)의 유효 밀도는, 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 1㎛로로 형성한 제1단위 셀(110)의 유효 밀도보다 높게 된다.As another example, the effective density of the first unit cell 110 may be adjusted by adjusting the thickness t of the wall 112 of the first structure 111. For example, the wall 112 of the first structure 111 in a state where the length b1 of the side in the radial direction (r) and the length b2 of the side in the circumferential direction (a) of the first structure 111 are fixed The effective density of the first unit cell 110 having a thickness t of 20 μm is a first unit cell formed with a thickness t of the wall 112 of the first structure 111 to be 1 μm ( 110).

제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 크게 하면 단위 셀의 질량을 크게 하고, 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 작게 하면 단위 셀의 질량을 작게 할 수 있는데, 이러한 질량을 이용하여 제1단위 셀(110)의 유효 밀도를 정의할 수 있다.If the thickness (t) of the wall 112 of the first structure 111 is increased, the mass of the unit cell is increased, and if the thickness t of the wall 112 of the first structure 111 is decreased, the mass of the unit cell Can be made smaller, and the effective density of the first unit cell 110 can be defined using this mass.

한편, 중심부에 배치된 유동배제영역(1)으로부터 유체 유동을 배제시키기 위해서는, 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)는 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)에 가까워질수록 유효 점도 또는 유효 밀도가 높아지게 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to exclude fluid flow from the flow exclusion region 1 arranged in the center, the first structure 111 of the first unit cell 110 is close to the flow exclusion region 1 along the radial direction r. It is preferable that the effective viscosity or effective density is formed so as to increase as it gets worse.

유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 가까운 영역에서는 제1단위 셀(110)의 유효 점도 또는 유효 밀도를 상대적으로 크게, 유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 먼 영역에서는 제1단위 셀(110)의 유효 점도 또는 유효 밀도를 상대적으로 작게 형성하면, 제1영역(10) 내로 진입한 유체 유동은 유동배제영역(1) 측으로 유동하지 못하고, 유효 점도 또는 유효 밀도가 상대적으로 작은 유동배제영역(1)으로부터 멀어지는 방향으로 유동하게 되므로, 최종적으로 중심부에 배치된 유동배제영역(1)으로부터 유체 유동을 배제시킬 수 있다.The effective viscosity or effective density of the first unit cell 110 is relatively large in a region relatively close to the flow-exclusion region (1), and the first unit cell 110 is relatively far from the flow-exclusion region (1). When the effective viscosity or effective density is relatively small, the fluid flow entering the first region 10 does not flow toward the flow exclusion region 1, and the effective viscosity or effective density is relatively small. Since it flows in a direction away from, it is possible to finally exclude fluid flow from the flow exclusion region 1 disposed in the center.

도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1영역(10) 내에서 유동배제영역(1)으로부터 가장 가깝게 배치된 단위 셀들의 레이어를 제1레이어, 그 다음 가깝게 배치된 단위 셀들의 레이어를 제2레이어라고 정의하고, 본 실시예에서는 제1레이어부터 제10레이어까지 형성된 경우를 예로 들어 설명한다. 각각의 레이어는 1, 2, ... 10 번호를 표기하였다.1, 4, and 5, a layer of unit cells arranged closest to the flow exclusion region 1 in the first region 10 is a first layer, and then a layer of adjacent unit cells is formed. It is defined as the second layer, and in this embodiment, a case where the first layer to the tenth layer is formed will be described as an example. Each layer is labeled with 1, 2, ... 10 numbers.

상술한 바와 같이, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)에 가까워질수록 제1단위 셀(110)의 유효 점도가 높아지게 하기 위해서는, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 적어도 한 변의 길이(b1,b2)는, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 적어도 한 변의 길이(b1,b2)보다 크게 형성될 수 있다.As described above, in order to increase the effective viscosity of the first unit cell 110 as it approaches the flow exclusion region 1 along the radial direction r, the flow exclusion region 1 along the radial direction r The length (b1, b2) of at least one side of the first structure 111 of the first unit cell 110 disposed close to is a first unit disposed away from the flow exclusion region 1 along the radial direction r The cell 110 may be formed to be larger than the lengths b1 and b2 of at least one side of the first structure 111.

예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1구조체(111)의 반경 방향(r)의 변의 길이(b1)는 고정한 상태에서, 제1레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 원주 방향(a)의 변의 길이(b2)를 188㎛로 형성하고, 제2레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 원주 방향(a)의 변의 길이(b2)를 159㎛로 형성할 수 있다. 이와 같이 배치할 경우, 제1레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 유효 점도는 제2레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 유효 점도보다 높게 된다.For example, referring to FIG. 4, the first structure of the first unit cell 110 disposed on the first layer while the length b1 of the side in the radial direction r of the first structure 111 is fixed. The length (b2) of the side in the circumferential direction (a) of (111) is 188 μm, and the side of the first structure 111 of the first unit cell 110 disposed on the second layer is in the circumferential direction (a) The length b2 may be formed to be 159 μm. In this arrangement, the effective viscosity of the first unit cell 110 disposed on the first layer is higher than the effective viscosity of the first unit cell 110 disposed on the second layer.

또한, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)에 가까워질수록 제1단위 셀(110)의 유효 밀도가 높아지게 하기 위해서는, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)는, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)보다 두껍게 형성될 수 있다.In addition, in order to increase the effective density of the first unit cell 110 as it approaches the flow-exclusion zone (1) along the radial direction (r), it is placed closer to the flow-exclusion zone (1) along the radial direction (r). The thickness (t) of the wall 112 of the first structure 111 of the first unit cell 110 is, the first unit cell 110 disposed away from the flow exclusion region 1 along the radial direction (r). ) May be formed thicker than the thickness t of the wall 112 of the first structure 111.

예를 들어, 도 5를 참조하면, 제1레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 20㎛, 제2레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 1㎛로 형성할 수 있다. 이와 같이 배치할 경우, 제1레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 유효 밀도는 제2레이어에 배치된 제1단위 셀(110)의 유효 밀도보다 높게 된다.For example, referring to FIG. 5, the thickness t of the wall 112 of the first structure 111 of the first unit cell 110 disposed on the first layer is 20 μm, and is disposed on the second layer. The thickness t of the wall 112 of the first structure 111 of the first unit cell 110 may be 1 μm. In this arrangement, the effective density of the first unit cells 110 arranged on the first layer is higher than the effective density of the first unit cells 110 arranged on the second layer.

한편, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)에 가까워질수록 제1단위 셀(110)의 유효 점도 및 유효 밀도가 동시에 높아지게 하기 위해서, 제1단위 셀(110)의 제1구조체(111)의 단면을 다각형 형상, 바람직하게는 사각형 형상으로 형성하고, 제1구조체(111)의 한 변의 길이 및 제1구조체(111)의 벽체(112)의 두께(t)를 동시에 조정할 수도 있다.On the other hand, in order to increase the effective viscosity and effective density of the first unit cell 110 as it approaches the flow exclusion region 1 along the radial direction r, the first structure of the first unit cell 110 ( The cross section of 111) may be formed in a polygonal shape, preferably in a rectangular shape, and the length of one side of the first structure 111 and the thickness t of the wall 112 of the first structure 111 may be simultaneously adjusted.

상기 제2단위 셀(120)은 복수 개가 마련되어 제1영역(10)을 둘러싸는 제2영역(20)에 배치되고, 제2구조체(121)를 포함한다.A plurality of second unit cells 120 are provided and disposed in the second region 20 surrounding the first region 10 and include a second structure 121.

본 명세서에서 제2영역(20)은 제1단위 셀(110)이 배치된 제1영역(10)을 둘러싸도록 형성된 영역을 의미하며, 도 1 및 도 3을 참조하면, 제2영역(20) 내에서 복수의 제2단위 셀(120)이 행렬 형태로 배치될 수 있고, 제2단위 셀(120)은 제2구조체(121)와 주변 영역(126)으로 구성될 수 있다.In this specification, the second region 20 refers to a region formed to surround the first region 10 in which the first unit cell 110 is disposed, and referring to FIGS. 1 and 3, the second region 20 A plurality of second unit cells 120 may be arranged in a matrix form, and the second unit cell 120 may include a second structure 121 and a peripheral region 126.

일 방향으로 흐르는 유체 유동에 대하여 클로킹 효과를 극대화하기 위해서는, 제1영역(10) 및 제2영역(20)의 경계 부분과 제2영역(20)의 임피던스가 매칭되는 것이 바람직하다. 즉, 제2영역(20)에 인접하는 제1단위 셀(110c)의 유효 점도(또는 유효 밀도)와 제2단위 셀(120)의 유효 점도(또는 유효 밀도)가 실질적으로 동일해지는 것이 바람직하다.In order to maximize the clocking effect with respect to the fluid flow flowing in one direction, it is preferable that the boundary between the first region 10 and the second region 20 and the impedance of the second region 20 match. That is, it is preferable that the effective viscosity (or effective density) of the first unit cell 110c adjacent to the second region 20 and the effective viscosity (or effective density) of the second unit cell 120 are substantially the same. .

만약 제2영역(20)에 제2단위 셀(120)이 존재하지 않는다면, 제1단위 셀(110)이 배치된 영역의 유효 점도(또는 유효 밀도)와 제1단위 셀(110)이 배치되지 않은 배경 영역의 유효 점도(또는 유효 밀도)가 큰 차이를 보이게 되어, 채널 내부에서 유동하는 유체 유동은 제1영역(10)으로 진입하는 유량이 상당 부분 줄어들고, 대부분의 유량이 제2영역(20)을 경유하여 바로 하류 쪽으로 빠져나갈 수 있다.If the second unit cell 120 does not exist in the second area 20, the effective viscosity (or effective density) of the area where the first unit cell 110 is disposed and the first unit cell 110 are not disposed. Since the effective viscosity (or effective density) of the non-background area shows a large difference, the fluid flow flowing inside the channel significantly decreases the flow rate entering the first area 10, and most of the flow rate is reduced to the second area 20 ), you can exit directly downstream.

제1영역(10)으로 진입하는 유량이 줄어들게 되므로, 전체적으로 본 발명의 유동학적 클로킹 구조체(100)의 클로킹 효과는 감소하게 된다.Since the flow rate entering the first region 10 is reduced, the clocking effect of the rheological clocking structure 100 of the present invention is reduced as a whole.

따라서, 본 실시예에서는 제2영역(20)에 인접하는 제1단위 셀(110c)의 유효 점도(또는 유효 밀도)와 제2단위 셀(120)의 유효 점도(또는 유효 밀도)가 실질적으로 동일해지도록, 제2단위 셀(120)의 제2구조체(121)의 형상 및 크기를 형성함으로써, 제2영역(20)으로 진입한 유체 유량의 대부분을 제1영역(10)으로 유도할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, the effective viscosity (or effective density) of the first unit cell 110c adjacent to the second region 20 and the effective viscosity (or effective density) of the second unit cell 120 are substantially the same. By forming the shape and size of the second structure 121 of the second unit cell 120 to be terminated, most of the fluid flow rate entering the second region 20 can be induced to the first region 10. .

본 실시예의 제2구조체(121)는 제2단위 셀(120)의 모든 방향의 유효 점도 또는 유효 밀도가 실질적으로 동일해지도록 형성되는 것이 바람직하며, 모든 방향의 유효 점도 또는 유효 밀도가 실질적으로 동일해지도록 단면이 원형 형상으로 형성될 수 있다.The second structure 121 of this embodiment is preferably formed so that the effective viscosity or effective density in all directions of the second unit cell 120 is substantially the same, and the effective viscosity or effective density in all directions is substantially the same. The cross section may be formed in a circular shape so as to be removed.

도 6은 도 1의 유동학적 클로킹 구조체의 제1단위 셀의 변형례를 도시한 도면이다.6 is a view showing a modification of the first unit cell of the rheological clocking structure of FIG.

도 6의 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)는, 내부 공간(11)과 외부(12)를 구획하는 벽체(212)와, 내부 공간(11)과 외부(12) 사이에서 유체가 유동 가능하도록 벽체(212)를 관통하게 형성된 통로(213)를 포함한다.The first structure 211 of the first unit cell 210 of FIG. 6 is formed between the wall 212 that divides the inner space 11 and the outer 12, and between the inner space 11 and the outer 12. It includes a passage 213 formed through the wall 212 to allow fluid to flow.

일례로, 도 1 및 도 6를 참조하면, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)에 가까워질수록 제1단위 셀(210)의 유효 점도가 높아지게 하기 위해서, 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)의 단면을 원형 형상으로 형성하고, 제1구조체(211)의 지름을 조정할 수 있다.As an example, referring to FIGS. 1 and 6, in order to increase the effective viscosity of the first unit cell 210 as it approaches the flow exclusion region 1 along the radial direction r, the first unit cell 210 ), the cross section of the first structure 211 is formed in a circular shape, and the diameter of the first structure 211 can be adjusted.

반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 가깝게 배치된 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)의 지름의 길이를 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 멀리 배치된 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)의 지름의 길이보다 크게 형성함으로써, 유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 가깝게 배치된 제1단위 셀(110)의 유효 점도를 상대적으로 크게 형성할 수 있다.The length of the diameter of the first structure 211 of the first unit cell 210 disposed relatively close from the flow exclusion area 1 along the radial direction r is calculated as the flow exclusion area 1 along the radial direction r. ) To be larger than the length of the diameter of the first structure 211 of the first unit cell 210 disposed relatively far from the first unit cell 210, the first unit cell 110 disposed relatively close to the flow exclusion area 1 The effective viscosity can be formed relatively large.

다른 예로, 도 1 및 도 6를 참조하면, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)에 가까워질수록 제1단위 셀(210)의 유효 밀도가 높아지게 하기 위해서, 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)의 단면을 원형 형상으로 형성하고, 제1구조체(211)의 벽체(212)의 두께를 조정할 수 있다.As another example, referring to FIGS. 1 and 6, in order to increase the effective density of the first unit cell 210 as it approaches the flow exclusion region 1 along the radial direction r, the first unit cell 210 A cross section of the first structure 211 of) is formed in a circular shape, and the thickness of the wall 212 of the first structure 211 can be adjusted.

반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 가깝게 배치된 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)의 벽체(212)의 두께를 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 멀리 배치된 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)의 벽체(212)의 두께보다 두껍게 형성함으로써, 유동배제영역(1)으로부터 상대적으로 가깝게 배치된 제1단위 셀(110)의 유효 밀도를 상대적으로 크게 형성할 수 있다.The thickness of the wall 212 of the first structure 211 of the first unit cell 210 disposed relatively close from the flow exclusion region 1 along the radial direction r is reduced in flow along the radial direction r By forming a thickness thicker than the thickness of the wall 212 of the first structure 211 of the first unit cell 210 disposed relatively far from the area 1, the first unit cell 210 disposed relatively close to the flow-exclusion area 1 The effective density of the unit cell 110 can be formed relatively large.

또다른 예로, 반경 방향(r)을 따라 유동배제영역(1)에 가까워질수록 제1단위 셀(210)의 유효 점도 및 유효 밀도가 동시에 높아지게 하기 위해서, 제1단위 셀(210)의 제1구조체(211)의 단면을 원형 형상으로 형성하고, 제1구조체(211)의 지름의 길이 및 제1구조체(211)의 벽체(212)의 두께를 동시에 조정할 수도 있다.As another example, in order to increase the effective viscosity and effective density of the first unit cell 210 at the same time as it approaches the flow exclusion region 1 along the radial direction r, the first unit cell 210 The cross section of the structure 211 may be formed in a circular shape, and the length of the diameter of the first structure 211 and the thickness of the wall 212 of the first structure 211 may be simultaneously adjusted.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 유동학적 클로킹 구조체는, 반경 방향을 따라 유체 유동이 배제되는 유동배제영역에 가까워질수록 유효 점도 또는 유효 밀도가 높아지게 형성되는 유동학적 메타구조체를 포함함으로써, 원하는 특정 공간으로부터 유체 유동을 배제시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The rheological clocking structure of the present invention constructed as described above includes a rheological meta-structure formed to increase the effective viscosity or the effective density as it approaches the flow-exclusion region from which fluid flow is excluded along the radial direction. It is possible to obtain an effect that can exclude fluid flow from

예를 들어, 항구에서 선박 등이 정박되어 있는 장소는 파도가 유입되지 않는 것이 바람직한데, 이와 같은 선박 정박 장소의 둘레에 유동학적 클로킹 구조체(100)를 이용하여 방파제를 구성하여 선박 정박 장소로부터 파도를 배제시킬 수 있다.For example, it is desirable that waves do not flow in to a place where a ship, etc. is anchored in a port, and a breakwater is constructed using a rheological clocking structure 100 around such a ship anchoring site to form a wave from the ship anchoring site. Can be excluded.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 유동학적 클로킹 구조체는, 제2영역에 인접하는 제1단위 셀의 유효 점도(또는 유효 밀도)와 제2영역의 제2단위 셀의 유효 점도(또는 유효 밀도)가 실질적으로 동일해지록 형성함으로써, 제2영역으로 진입한 유체 유량의 대부분을 제1영역으로 유도할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the rheological clocking structure of the present invention configured as described above, the effective viscosity (or effective density) of the first unit cell adjacent to the second region and the effective viscosity (or effective density) of the second unit cell in the second region By forming so that) is substantially the same, an effect of inducing most of the fluid flow rate entering the second region to the first region can be obtained.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 유동학적 클로킹 구조체는, 반경 방향을 따라 유체 유동이 배제되는 유동배제영역에 가까워질수록 유효 점도 및 유효 밀도가 동시에 높아지게 형성되는 유동학적 메타구조체를 포함함으로써, 원하는 특정 공간으로부터 유체 유동을 배제시킬 수 있는 효과를 극대화할 수 있다.The rheological clocking structure of the present invention constructed as described above includes a rheological meta-structure that is formed such that the effective viscosity and the effective density are simultaneously increased as it approaches the flow-exclusion region from which fluid flow is excluded along the radial direction, The effect of excluding fluid flow from space can be maximized.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but may be implemented in various forms within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, any person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs is considered to be within the scope of the description of the claims of the present invention to various ranges that can be modified.

1 : 유동배제영역
10 : 제1영역
20 : 제2영역
100 : 유동학적 클로킹 구조체
110 : 제1단위 셀
111 : 제1구조체
120 : 제2단위 셀
121 : 제2구조체1: flow exclusion area
10: first area
20: second area
100: rheological clocking structure
110: first unit cell
111: first structure
120: second unit cell
121: second structure

Claims (9)

유체 유동이 배제되는 유동배제영역을 둘러싸는 제1영역에 배치되는 복수의 제1단위 셀;을 포함하고,
상기 제1단위 셀은, 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역에 가까워질수록 유효 점도 또는 유효 밀도가 높아지게 형성되는 제1구조체를 포함하고,
상기 제1구조체는, 내부 공간과 외부를 구획하는 벽체와, 내부 공간과 외부 사이에서 유체가 유동 가능하도록 상기 벽체를 관통하게 형성된 통로를 포함하고,
반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 벽체의 두께는 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 벽체의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동학적 클로킹 구조체.Includes; a plurality of first unit cells disposed in the first region surrounding the flow exclusion region from which fluid flow is excluded,
The first unit cell includes a first structure formed such that an effective viscosity or an effective density increases as it approaches the flow exclusion area along a radial direction,
The first structure includes a wall partitioning an inner space and an outer space, and a passage formed to pass through the wall so that a fluid flows between the inner space and the outside,
The thickness of the wall of the first structure of the first unit cell disposed close to the flow-exclusion area along the radial direction is less than the thickness of the wall of the first structure of the first unit cell disposed farther from the flow-exclusion area along the radial direction. Rheological clocking structure, characterized in that formed thick. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1구조체의 단면은 다각형 형상으로 형성되고,
반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 적어도 한 변의 길이는 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 적어도 한 변의 길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동학적 클로킹 구조체.The method of claim 1,
The cross section of the first structure is formed in a polygonal shape,
The length of at least one side of the first structure of the first unit cell disposed close to the flow-exclusion area along the radial direction is that of at least one side of the first structure of the first unit cell disposed away from the flow-exclusion area along the radial direction. Rheological clocking structure, characterized in that formed larger than the length. 제1항에 있어서,
상기 제1구조체의 단면은 원형 형상으로 형성되고,
반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 가깝게 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 지름의 길이는 반경 방향을 따라 상기 유동배제영역으로부터 멀리 배치된 제1단위 셀의 제1구조체의 지름의 길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동학적 클로킹 구조체.The method of claim 1,
The cross section of the first structure is formed in a circular shape,
The length of the diameter of the first structure of the first unit cell disposed close to the flow-exclusion area along the radial direction is greater than the length of the diameter of the first structure of the first unit cell distant from the flow-exclusion area along the radial direction. Rheological clocking structure, characterized in that formed large. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1영역을 둘러싸는 제2영역에 배치되는 복수의 제2단위 셀;을 더 포함하고,
상기 제2단위 셀은, 상기 제2영역에 인접하는 제1단위 셀의 유효 점도와 상기 제2단위 셀의 유효 점도가 실질적으로 동일해지도록 또는 상기 제2영역에 인접하는 제1단위 셀의 유효 밀도와 상기 제2단위 셀의 유효 밀도가 실질적으로 동일해지도록 형성된 제2구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동학적 클로킹 구조체.The method of claim 1,
A plurality of second unit cells disposed in a second region surrounding the first region;
In the second unit cell, the effective viscosity of the first unit cell adjacent to the second area and the effective viscosity of the second unit cell are substantially equal to each other, or the effective viscosity of the first unit cell adjacent to the second area. A rheological clocking structure comprising a second structure formed such that the density and the effective density of the second unit cell are substantially the same. 제8항에 있어서,
상기 제2구조체의 단면은 원형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동학적 클로킹 구조체.The method of claim 8,
Rheological clocking structure, characterized in that the cross section of the second structure is formed in a circular shape.
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