When a shock wave arrives at an open end of tube, an impulse wave is discharged from the tube exit and complicated flow is formed near tube exit. The flow field is influenced by the cross-sectional geometry of tube exit, such as circular, square, rectangular, trapezoid and etc. In the current study, three-dimensional propagation characteristics of impulse wave discharged from the tube exit with non-circular cross section are numerically investigated using a CFD method. Total variation diminishing (TVD) scheme is used to solve the three-dimensional, unsteady, compressible Euler equations. Computations are performed for the Mach numbers of the incident shock wave $M_{s}$ below 1.5. The results obtained show that the peak pressure of the impulse wave and propagation directivity depends on the cross-sectional geometry of tube exit and the Mach number of incident shock wave.
The twin impulse wave leads to very complicated flow fields, such as Mach stem, spherical waves, and vortex ring. The twin impulse wave discharged from the exits of the two tubes placed in parallel is investigated to understand detailed flow physics associated with the twin impulse wave, compared with those in a single impulse wave. In the current study, the merging phenomena and propagation characteristics of the impulse waves are investigated using a shock tube experiment and by numerical computations. The Harten-Yee's total variation diminishing (TVD) scheme is used to solve the unsteady, two-dimensional, compressible, Euler equations. The Mach number $M_{s}$, of incident shock wave is changed below 1.5 and the distance between two-parallel tubes, L/d, is changed from 1.2 to 4.0. In the shock tube experiment, the twin impulse waves are visualized by a Schlieren optical system for the purpose of validation of computational work. The results obtained show that on the symmetric axis between two parallel tubes, the peak pressure produced by the twin-impulse waves and its location strongly depend upon the distance between two parallel tubes, L/d and the incident shock Mach number, $M_{s}$. The predicted Schlieren images represent the measured twin-impulse wave with a good accuracy.
A computational work of the impulse wave which is discharged from the open end of a pipe is compared to the Lighthill's aeroacoustics theory. The second-order total variation diminishing(TVD) scheme is employed to solve the axisymmetric, compressible, unsteady Euler equations. The relationship between the initial compressure wave form and the resulting impulse wave is characterized in terms of the peak pressure. The overpressure, pressure gradient and wavelength of the initial compression wave are changed to investigate the influence of the initial compressure wave form on the peak pressure of impulse wave. The results obtained show that for the initial compression wave of a large wavelength and small pressure gradient the peak pressure of the impulse wave depends upon the wavelength and pressure gradient of compression wave, but for the initial compression wave of a short wavelength and large pressure gradient the peak pressure of the impulse wave is almost constant regardless of the wavelength and pressure gradient of compression wave. The peak pressure of the impulse wave is increased with an increase in the overpressure of the initial compression wave. The results from the numerical analysis are well compared to the results from the aeroacoutics theory with a good agreement.
A computational work of the impulse wave which is discharged from the open end of a pipe is compared to the Lighthill\`s aeroacoustics theory. The second-order total variation diminishing(TVD) scheme is employed to solve the axisymmetric, compressible, unsteady Euler equations. The relationship between the initial compressure wave form and the resulting impulse wave is characterized in terms of the peak pressure. The overpressure, pressure gradient and wavelength of the initial compression wave are changed to investigate the influence of the initial compressure wave form on the peak pressure of impulse wave. The results obtained show that for the initial compression wave of a large wavelength and small pressure gradient the peak pressure of the impulse wave depends upon the wavelength and pressure gradient of compression wave, but for the initial compression wave of a short wavelength and large pressure gradient the peak pressure of the impulse wave is almost constant regardless of the wavelength and pressure gradient of compression wave. The peak pressure of the impulse wave is increased with an increase in the overpressure of the initial compression wave. The results from the numerical ana1ysis are well compared to the results from the aeroacoutics theory with a food agreement.
본 연구에서는 펄스 방전 기술의 적용에 따른 지반 확공 현상에 대한 수치해석적인 연구를 수행하였다. 실내 펄스 방전 시험을 통하여 충격파 발생을 측정하였으며 수중 폭발 모델을 바탕으로한 유제-구조물 유한요소해석을 통해 실내 시험에서 계측된 충격파를 모사하였다. 이를 바탕으로, SPT N값으로부터 경험적으로 얻어지는 지반 물성이 적용된 점성토 지반에 대한 확공 해석을 수행하였으며 현장 시험과 유사한 예측 결과를 얻을 수 있었다.
The present paper describes experimental and computational work to augment the magnitude of the impulsive wave. An experiment was performed using a simple shock tube with an open end and numerical calculations were carried out to solve the unsteady, axisymmetric, inviscid, compressible governing equations. The control strategy applied was to alter the exit geometry of a straight tube to a sudden enlargement tube and a flare tube. The effects of the configurations of the tube exit on the magnitude of the impulsive wave were investigated over the range of the weak shock Mach number from 1.01 to 1.10. The results obtained were compared to those of the straight tube tests. The numerical result predicted the magnitude of the experimented impulsive waves with a good accuracy. The present passive control technique enabled the magnitude of the impulsive wave to augment by about 23 percent, compared to that of the straight tube of no control.
The current study addresses experimental and computational work of impulse wave discharged from the exit of two kinds of right-angle pipe bends, which are attached to the open end of a simple shock tube. The weak normal shock wave with its magnitude of Mach number from 1.02 to 1.20 is employed to obtain the impulse wave propagating outside the exit of the pipe bends. A Schlieren optical system visualizes the impulse wave discharged from the exit of the pipe bends at an instant. The experimental data of the magnitude of the impulse wave and its propagating directivity are analyzed to characterize the impulse waves discharged from the exit of the pipe bends and compared with those discharged from a straight pipe. Computational results well predict the experimented dynamic behaviors of the impulse wave. The results obtained show that a right-angle miter bend considerably reduces the magnitude of the impulse wave and its directivity toward to the pipe axis, compared with the straight pipe and right-angle smooth bend. It is believed that the right-angle miter bend pipe can playa role of a passive control against the impulse wave.
When a shock wave arrives at the open end of a tube, an impulsive wave is discharged from the tube exit and causes serious noise and vibration problems. In the current study, the effect of the cross-sectional area of a circular tube on the impulsive wave is investigated using computational methods. Marten-Yee's TVD scheme was employed to solve axisymmetric, unsteady, compressible Euler equations. With a change in the cross-sectional area of the tube, the Mach number of an incident shock wave is varied between 1.01 and 1.50. The results obtained show that the magnitude of the impulsive wave strongly depends upon the Mach number of the incident shock wave and the cross-sectional area of the tube. It is also found that for a given cross-sectional area of the tube, the impulse wave has strong directivity to the tube axis.
The propagation of the impulse wave discharged from the Inclined exit of a pipe is investigated through shock tube experiment and numerical computations. The pressure histories and directivities of the impulse wave propagating outside from the exit of pipe with several different configurations are analyzed for the range of the incident shock wave Mach number between 1.1 and 1.4. In the shock tube experiments, the impulse waves are visualized by a Schlieren optical system for the purpose of validation of computational work. Computations using the two-dimensional. unsteady, compressible, Euler equations are carried out to represent the experimented impulse waves. Computed Schlieren images predict the experimented impulse waves with a good accuracy. The results obtained show that for the radial direction the peak pressure of the impulse wave discharged depends upon the Inclined angle of the exit of the pipe. but for the axial direction it is almost constant regardless of the inclined angle of the pipe exit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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