It is generally believed that eruptive phenomena in the solar atmosphere such as solar flares and coronal mass ejections (CMEs) occur in the solar active regions with complex magnetic structures. Magnetic helicity has been recognized as a useful parameter to measure the complexity such as twists, kinks, and inter-linkages of magnetic field lines. The objective of this study is to understand a long-term (a few days) variation of magnetic helicity in active regions and its relationship with the energy buildup and instability leading to flares and CMEs. Statistical studies of flare productivity and magnetic helicity injection in about 400 active regions were carried out. The temporal variation of magnetic helicity injected through the photosphere of active regions was also examined related to 46 CMEs. The main findings in this study are as follows: (1) the study of magnetic helicity for active regions producing major flares and CMEs indicates that there is always a significant helicity injection through the active-region photosphere over a long period of 0.5 - a few days before the flares and CMEs; (2) for the 30 CMEs under investigation, it is found that there is a fairly good correlation (linear correlation coefficient of 0.71) between the average helicity injection in the CME-productive active regions and the CME speed. Beside the scientific contribution, a major impact of this study is the observational discovery of a characteristic variation pattern of magnetic helicity injection in flare/CME-productive active regions which can be used for the improvement of solar eruption forecasting.
Song, Chang Geun;Yoon, Jisu;Yoon, Youngbin;Kim, Young Jin;Lee, Min Chul
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권4호
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pp.518-525
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2016
This paper presents the characteristics of non-fundamental multi-mode combustion instability and the effects of high-harmonic components on the Rayleigh criterion. Phenomenological observations of multi-harmonic-mode dynamic pressure waves regarding the intensity of harmonic components and the source of wave distortion have been explained by introducing examples of second- and third-order harmonics at various amplitudes. The amplitude and order of the harmonic components distorted the wave shapes, including the peak and the amplitude, of the dynamic pressure and heat release, and consequently the temporal Rayleigh index and its integrals. A cause-and-effect analysis was used to identify the root causes of the phase delay and the amplification of the Rayleigh index. From this analysis, the skewness of the dynamic pressure turned out to be a major source in determining whether multi-mode instability is driving or damping, as well as in optimizing the combustor design, such as the mixing length and the combustor length, to avoid unstable regions. The results can be used to minimize errors in predicting combustion instability in cases of high multi-mode combustion instability. In the future, the amount of research and the number of applications will increase because new fuels, such as fast-burning syngases, are prone to generating multi-mode instabilities.
The dynamic instability of doubly curved panels, subjected to non-uniform tensile in-plane harmonic edge loading $P(t)=P_s+P_d\;{\cos}{\Omega}t$ is investigated. The present work deals with the problem of the occurrence of combination resonances in contrast to simple resonances in parametrically excited doubly curved panels. Analytical expressions for the instability regions are obtained at ${\Omega}={\omega}_m+{\omega}_n$, (${\Omega}$ is the excitation frequency and ${\omega}_m$ and ${\omega}_n$ are the natural frequencies of the system) by using the method of multiple scales. It is shown that, besides the principal instability region at ${\Omega}=2{\omega}_1$, where ${\omega}_1$ is the fundamental frequency, other cases of ${\Omega}={\omega}_m+{\omega}_n$, related to other modes, can be of major importance and yield a significantly enlarged instability region. The effects of edge loading, curvature, damping and the static load factor on dynamic instability behavior of simply supported doubly curved panels are studied. The results show that under localized edge loading, combination resonance zones are as important as simple resonance zones. The effects of damping show that there is a finite critical value of the dynamic load factor for each instability region below which the curved panels cannot become dynamically unstable. This example of simultaneous excitation of two modes, each oscillating steadily at its own natural frequency, may be of considerable interest in vibration testing of actual structures.
Lean laminar premixed propane and methane flames which were anchored by a hydrogen-pilot flame in a tube were investigated experimentally. The flame shapes were observed by varying mean velocity from 10cm/s to 140cm/s and equivalence ratio from 0.45 to 0.8. In this study, behaviors of flames are divided into five regions such as tail-out, flash-back, flickering, stable and vibrating flames with respect to the mean velocity and the equivalence ratio. Although the flames are unstable in both the flickering and the vibrating region, they have different characteristics such as the frequency, sound generation and creation process of flame curvature. The flickering region exists near the flammability limit and the flame flickers in a frequency of about 10Hz. When flame front is bended, the propane flame front is straightened and the methane flame front is bended more by thermo-diffusive instability. In the vibrating region, the flame vibrates emitting audible sound in a frequency of about 100Hz. In the boundary of vibrating region, the vibration of flame changes between two modes such as single frequency vibration and dual frequency vibration. Increase and decrease of vibration in each mode are determined by thermo-acoustic instability.
In practical engineering such as aerial refueling pipes, the boundary of the fluid-conveying pipe is difficult to be completely immovable. Pipes under movable and immovable boundaries are controlled by different dominant nonlinear factors, where the boundary mobility will affect the nonlinear dynamic characteristics, which should be focused on for adopting different strategies for vibration suppression and control. The nonlinear dynamic instability characteristics of functionally graded fluid-conveying pipes lying on a viscoelastic foundation under movable and immovable boundary conditions are systematically studied for the first time. Nonlinear factors involving nonlinear inertia and nonlinear curvature for pipes with a movable boundary as well as tensile hardening and nonlinear curvature for pipes with an immovable boundary are comprehensively considered during the derivation of the governing equations of the principal parametric resonance. The stability boundary and amplitude-frequency bifurcation diagrams are obtained by employing the two-step perturbation- incremental harmonic balance method (TSP-IHBM). Results show that the movability of the boundary of the pipe has a great influence on the vibration amplitude, bifurcation topology, and the physical meanings of the stability boundary due to different dominant nonlinear factors. This research has guidance significance for nonlinear dynamic design of fluid-conveying pipe with avoiding in the instability regions.
The vibration and stability of thin, flexible corotating disks in an enclosed compressible fluid is investigated analytically and compared with the results of a single rotating disk. The discretized dynamical system of the corotating disks is derived in the compact form of a classical gyroscopic system similar with a single disk. For the undamped system, coupled structure-acoustic traveling waves destabilize through mode coalescence leading to flutter instability. However, it is found that the flutter regions of the corotating disks are wider than those of a single disk. A detailed investigation of the effects of dissipation arising from acoustic or disk damping is also performed. Finally, in the presence of both acoustic and disk dampings, the instability regions are found and compared with those of a single disk. Although this study does not allow a radial clearance between the disk and the enclosure, the computational frame work of the problem can be expanded to the system having the radial clearance in an enclosure.
High-frequency combustion instabilities may occur during the development of feasible engine combustors. These instabilities can result in irreparable damages to the wall of combustors or the degradation of engine performance. So, it is essential to identify injectors that have high stability characteristics during the early stages of development. The objective of present study was to assess the stability of coaxial injectors and an impinging injector with different recess lengths in order to develop stable injectors optimally. Stability margin was evaluated based on the distance from operating condition to the unstable regions. A simulating combustion test method was used to analyze the stability of injectors. A small-scale combustion chamber was designed to simulate the first tangential acoustic mode of the actual combustor. Gaseous oxygen and a mixture of methane and propane were used as simulant propellants to satisfy their flow similarity to the actual propellants of a combustor in a liquid rocket combustor. The results indicated that injectors having small recess lengths showed relatively large combustion stability margins. For the injectors of large recess lengths, instability regions with large and super-large amplitude oscillations were observed. Thus, injector with shorter recess lengths had a higher stability than that of longer one due to the different mixing processes.
In this paper, a control algorithm which is synchronously excitating the bearing with whirl speed of rotor is employed to suppress the whirl instability and unbalance response of the rotor-bearing system. Also, the cavitation algorithm implementing the Jakobsson-Floberg-Olsson boundary condition is adopted to predict cavitation regions in the fluid film more accurately than a conventional analysis with the Reynolds condition. The stabilities and unbalance responses of the rotor-bearing system are investigated for various control gains and phase differences between the bearing and journal motion. It is shown that the unbalance response of the system can be greatly improved by synchronous control of the bearing, and there is an optimum phase difference, which gives the minimum unbalance response of the system, for given operating condition. It is also found that the onset speed of the instability can be greatly increased by synchronous control of the bearing.
The synoptic structures and the dynamic and thermodynamic characteristics of Changma in 2007 are investigated using the ECMWF analysis data and the radiosonde data from KEOP-2007 IOP. The enhancement of the North-Pacific High into the Korean peninsula and the retreat of the Okhotsk High are shown during the onset of Changma and the change of wind component from southwesterly to northwesterly is appeared during the end of Changma. The baroclinic atmosphere is dominant during Changma at most regions over the Korean peninsula except at Gosan and Sokcho. The quasi-barotropic atmosphere is induced at Gosan by warm air mass and Sokcho by cold air mass. Precipitation in the Korean peninsula occurs when dynamic instability is strengthened as the baroclinic and qusi-barotropic structure is weakened. An empirical orthogonal function (EOF) analysis is performed to find the dominant modes of variability in Changma. The first EOF explains the onset of Changma. The second EOF is related to the discrimination for existence and nonexistence of precipitation during Changma period according to the alternation of equivalent potential temperature between middle and lower atmosphere.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권1호
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pp.33-46
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2011
Concave surface boundary-layer flows are subjected to centrifugal instability which results in the formation of streamwise counter-rotating vortices. Such boundary layer flows have been experimentally investigated on concave surfaces of 1 m and 2 m radius of curvature. In the experiments, to obtain uniform vortex wavelengths, thin perturbation wires placed upstream and perpendicular to the concave surface leading edge, were used to pre-set the wavelengths. Velocity contours were obtained from hot-wire anemometer velocity measurements. The most amplified vortex wavelengths can be pre-set by the spanwise spacing of the thin wires and the free-stream velocity. The velocity contours on the cross-sectional planes at several streamwise locations show the growth and breakdown of the vortices. Three different vortex growth regions can be identified. The occurrence of a secondary instability mode is also shown as mushroom-like structures as a consequence of the non-linear growth of the streamwise vortices. Wall shear stress measurements on concave surface of 1 m radius of curvature reveal that the spanwise-averaged wall shear stress increases well beyond the flat plate boundary layer values. By pre-setting much larger or much smaller vortex wavelength than the most amplified one, the splitting or merging of the streamwise vortices will respectively occur.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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