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영어

In this study, for the analysis of space charge propagation by charge injection in a single charge model, a multi-physical system composed of an electric-charge transport field was mathematically modeled, and a bidirectional multi-physics coupled numerical analysis method was proposed by introducing a numerical stabilization technique. The model for numerical analysis was carried out by selecting an electro-hydrodynamic model in which a dielectric exists between two-dimensional parallel plate electrodes. The multi-physical mechanism in which electric charges are injected into the electrode to which a high electric field is applied and the unipolar space charge in the dielectric behaves by drift and diffusion was analyzed by numerical analysis. The numerical instability was overcome by introducing an artificial diffusion term, and the validity of the numerical analysis method was verified by comparing it with the theoretical solution proposed in the previous literature. The bidirectional multi-physics coupling analysis based on the finite element method is a useful numerical analysis technique that can be applied not only in gas discharge, fluid discharge, and solid discharge fields, but also in multi-physics analysis in various engineering fields.

한국어

본 연구에서는 단극성 전하 모델에서 전하 주입에 의한 공간 전하 전파 해석을 위해 전계-전하수송장으로 구성된 다중 물리계를 수학적으로 모델링하고, 수치 안정화 기법을 도입하여 양방향 다중물리 연성 수치해석법을 제안하였다. 수치해석은 2차원 평행 평판 전극 사이에 유전체가 존재하는 전기수력학적 모델을 선정하여 진행하였다. 고전계가 인가된 전극으로 전하가 주입되고, 유전체 내 단극성 공간 전하가 드리프트와 확산에 의해 거동하는 다물리 메커니즘을 수치해석으로 분석하였다. 인공 확산항을 도입하여 수치적 불안정성을 극복하였고, 기존 문헌에서 제안한 이론해와 비교하여 수치해석법의 타당성을 검증하였다. 유한요소법 기반의 양방향 다중물리 결합 해석은 기체, 유체, 고체 방전분야에서 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 공학분야에서 다물리계 해석에서 활용할 수 있는 유용한 수치해석기법이다.