벽면에 충돌하는 혈액방울의 거동 예측을 위한 혈흔 패턴 분석
Bloodstain Pattern Analysis to Predict the Motion of Blood Drop Impacting the Wall
- 주제(키워드) 도움말 혈흔 , 혈액방울 거동 , 전산유체역학
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 허남건
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000053372
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약 도움말
살인사건이 발생한 현장을 수사하는데 있어서 혈흔 패턴은 매우 중요한 증거물로 활용된다. 벽이나 바닥 등에 위치한 혈흔의 패턴은 혈액이 발생한 발혈 지점의 위치에 따라 결정된다. 이때, 발혈 지점은 피해자와 가해자의 위치 등을 나타내는 정보로, 이에 따라 혈흔 패턴을 분석하는 것을 통해 살인사건 발생 경위를 파악할 수 있다. 본 연구에서는 이를 위해 벽면에 충돌하는 혈액방울의 운동에 대해 실험과 수치해석적인 방법으로 분석하여, 혈흔 패턴으로부터 혈액방울의 운동 조건을 예측할 수 있는 예측 모델을 도출하였다. 이를 위해, 우선적으로 초고속 카메라를 이용하여 혈액방울이 벽면에 충돌하면서 혈흔이 생성되는 과정을 관찰하였다. 이와 같이 얻은 실험 결과를 통해 충돌 각도와 충돌 속도 등에 따라 달라지는 혈흔 패턴을 분석하였다. 이와 같은 실험에 더하여, 혈액방울의 벽면 충돌 거동에 따른 혈흔 생성을 수치해석적으로 예측하였다. 공기 중에서 거동하는 혈액방울의 상경계면을 추적하기 위하여 VOF 방법을 이용한 수치해석 시뮬레이션을 수행하였으며, 이를 통해 혈흔 패턴을 얻었다. 이때, 정확한 물리적 특성을 구현하기 위하여, 혈액의 비뉴토니언 점도 모델을 사용하여, 국소적으로 발생하는 전단률에 따른 점성 변화를 적용하였다. 또한 고체 표면에서 움직이는 액적이 가지는 동접촉각 특성을 적용하여, 거동 속도에 따라 달라지는 접촉각을 구현하였다. 이와 같은 수치해석 기법을 기반으로 하여 혈액방울이 벽면에 충돌하여 생성되는 혈흔 패턴을 다양한 충돌 조건을 적용하여 예측하였다. 이때, 혈흔이 가지는 패턴 특성과 혈액방울의 충돌 조건 사이의 상관관계를 정립하기 위하여, 혈흔의 면적과 타원 형태, 혈흔의 가장자리에서 발생하는 fingering 현상에 대해, 레이놀즈수와 웨버수에 따라 분석하였다. 이와 같은 과정을 통해 도출한 상관관계로부터, 혈흔 패턴 특성을 이용하여 혈액방울의 충돌 조건을 예측할 수 있는 예측 모델을 정립하였다. 이와 같은 연구 결과는 법과학 분야를 비롯하여 살인사건 수사에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
more초록/요약 도움말
For the investigation of crime scene in cases of homicide, the pattern of bloodstain at the incident site is important evidence. The pattern of the bloodstain on the wall is determined by the source of blood which represents the position of victim. So, the circumstance of homicide can be detected conversely by the investigation on the patterns of bloodstains. In the present study, behavior of blood droplet is analyzed with experiments and numerical simulations to figure out the prediction method of impact conditions from the bloodstain pattern. Prior to the numerical simulation, impacting motion of blood droplet is observed with a high speed camera. With the snapshots of blood droplet motions, bloodstains were analyzed with various impact angle and velocity. After the experiment, 3-D transient CFD simulations were conducted on the behavior of blood droplet impacting the wall to predict the pattern of bloodstain. Two phase interfacial flow of blood droplet was numerically simulated by using the VOF method. To get the accurate results of bloodstains on the wall, non-Newtonian fluid viscosity was used for blood property. Dynamic contact angle around the gas, liquid and solid contact line was also used to apply the advancing and receding motion of blood droplet after impacting the wall. With these methodologies, patterns of bloodstains created from impact of blood droplet on the wall were predicted with various imapct conditions such as non-dimensional numbers. To find out the correlation between impact conditions of blood droplet and bloodstain patterns, patterns such as bloodstain area, oval shape and fingering phenomena around the rim were analyzed with Reynolds number and Weber number. From the results, prediction methods of impact conditions were derived. These results can be applied for the investigation of crime scene, and forensic science field.
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