International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권1호
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pp.28-37
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2017
Recent modeling of thermal nonequilibrium processes in simple molecules like hydrogen and nitrogen has indicated that rotational nonequilibrium becomes as important as vibrational nonequilibrium at high temperatures. In the present work, in order to analyze rovibrational nonequilibrium, the rotational mode is separated from the translational-rotational mode that is usually considered as an equilibrium mode in two- and multi-temperature models. Then, the translational, rotational, and electron-electronic-vibrational modes are considered separately in describing the thermochemical nonequilibrium of nitrogen behind a strong normal shock wave. The energy transfer for each energy mode is described by recently evaluated relaxation time parameters including the rotational-to-vibrational energy transfer. One-dimensional post-normal shock flow equations are constructed with these thermochemical models, and post-normal shock flow calculations are performed for the conditions of existing shock-tube experiments. In comparisons with the experimental measurements, it is shown that the present thermochemical model is able to describe the rotational and electron-electronic-vibrational relaxation processes of nitrogen behind a strong shock wave.
Experiments of normal shock wave/turbulent boundary layer interaction were conducted in a supersonic diffuser. The flow Mach number just upstream of the normal shock wave was in the range of 1.10 to 1.70 and Reynolds number based upon the turbulent boundary layer thickness was varied in the range of 2.2*10$^{[-994]}$ -4.4*10$^{[-994]}$ . The wall pressures in streamwise and spanwise directions were measured for two test cases, in which the turbulent boundary layer thickness incoming into the supersonic diffuser was changed. The results show that the interactions of normal shock wave with turbulent boundary layer in the supersonic diffuser can be divided into three patterns, i.e., transonic interaction, weak interaction and strong interaction, depending on Mach number. The weak interactions generate the post-shock expansion which its strength is strong as the Mach number increases and the strong interactions form the pseudo-shock waves. From the spanwise measurements of wall pressure, it is known that if the flow Mach number is low, the interacting flow fields essentially appear two-dimensional, but they have an apparent 3-dimensionality for the higher Mach numbers.
Objective : The purpose of this study was to determine the differences in the head and tibial acceleration signal magnitudes, and their powers and shock attenuations between flat-footed and normal-footed running. Methods : Ten flat-footed and ten normal-footed subjects ran barefoot on a treadmill with a force plate at 3.22m/s averaged from their preferred running speed using heel-toe running pattern while the head and tibial acceleration in the vertical axis data was collected. The accelerometers were sampled at 2000 Hz and voltage was set at 100 mv, respectively. The peak magnitudes of the head and tibial acceleration signals in time domain were calculated. The power spectral density(PSD) of each signal in the frequency domain was also calculated. In addition to that, shock attenuation was calculated by a transfer function of the head PSD relative to the tibia PSD. A one-way analysis of variance was used to determine the difference in time and frequency domain acceleration variables between the flat-footed and normal-footed groups running. Results : Peaks of the head and tibial acceleration signals were significantly greater during flat-footed group running than normal-footed group running(p<.05). PSDs of the tibial acceleration signal in the lower and higher frequency range were significantly greater during flat-footed running(p<.05), but PSDs of the head acceleration signal were not statistically different between the two groups. Flat-footed group running resulted in significantly greater shock attenuation for the higher frequency ranges compared with normal-footed group running(p<.05). Conclusion : The difference in impact shock magnitude and frequency content between flat-footed and normal-footed group during running suggested that the body had different ability to control impact shock from acceleration. It might be conjectured that flat-footed running was more vulnerable to potential injury than normal-footed running from an impact shock point of view.
초음속 유동에서 발생하는 충격파는 일반적으로 충격파 상류와 하류의 압력비에 의해 일반적으로 결정된다. 본 연구에서는 충격파의 진동현상을 규명하기 위한 연구의 일환으로, 미소교란법(small perturbation method)을 이용하여 이론해석을 수행하였으며, 충격파 하류의 유동장에 에너지 손실을 적용하여 충격파의 안정성을 이론적으로 해석하였다. 이론해석에서는 충격파 상류에 경계층 유동에서 발생하는 난류변동이나 주류에서의 압력변동이 충격파의 진동과 관련된다고 생각하여, 충격파 상류의 유동에 미소압력변동을 적용하여 충격파의 진동특성을 해석하였다. 본 연구의 결과들을 타 연구의 결과와 비교하였으며, 열선풍속계(hot wire)를 이용한 실험적 연구결과와 비교하였다.
Experiments of shock-wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer suction on normal shock-wave oscillations caused by shock wave/boundary layer interaction in a straight duct. Two-dimensional slits were installed on the top and bottom walls of the duct to bleed turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled below the range of 11 per cent. Time-mean and fluctuating wall pressures were measured, and Schlieren optical observations were made to investigate time-mean flow field. Time variations in the shock wave displacement were obtained by a high-speed camera system. The results show that boundary layer suction by slits considerably reduce shock-wave oscillations. For the design Mach number of 2.3, the maximum amplitude of the oscillating shock-wave reduces by about 75% compared with the case of no slit for boundary layer suction.
A shock-wave in a supersonic flow can be theoretically determined by a given pressure ratio at upstream and downstream flowfields, and then the obtained shock-wave is stable in its position. Under the practical situation in which the shock-wave interacts with the boundary layer along a solid wall, it cannot, however, be stable even for the given pressure ratio being independent of time and oscillates around a time-mean position. In the present study, oscillations of a weak normal shock-wave in a supersonic diffuser were measured by a Line Image Sensor(LIS), and they were compared with the data of the wall pressure fluctuations at the foot of the shock-wave interacting with the wall boundary layer. LIS was incorporated into a conventional schlieren optical system and its signal, instantaneous displacement of the interacting shock-wave, was analyzed by a statistical method. The results show that the displacement of an oscillating shock-wave increase with the upstream Mach number and the dominant frequency components of the oscillating shock-wave are below 200 Hz. Measurements indicated that shock-wave oscillations may not entirely be caused by the boundary layer separation. The statistical properties of oscillations appeared, however, to be significantly affected by shock-induced separation of turbulent boundary layer.
Experiments of shock wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer flow bleed on the interaction flow field in a straight tube. Two-dimensional slits were installed on the tube walls to bleed the turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled within the range of 11 per cent. The wall pressures were measured by the flush mounted transducers and Schlieren optical observations were made for almost all of the experiments. The results show that the boundary layer flow bleed reduces the multiple shock waves to a strong normal shock wave. For the design Mach number of 1.6, it was found that the normal shock wave at the position of the silt was resulted from the main flow choking due to the suction of the boundary layer flow.
본 연구에서는 2차원 압축성 Navier-Stokes 방정식을 이용하여, 약한 수직충격파와 난류 경계층의 간섭현상에 대한 피동제어 유동장을 수치계산법으로 조사하였다. 벽 내부에 공동을 가지는 다공벽을 사용하여 충격파와 난류경계층간 상호간섭을 제어하였다. 본 연구로부터 $\lambda$형 충격파의 하류쪽 가지를 중심으로 하여, 그 하류에서는 주유동이 공동내부로 또 그 상류에서는 공동내부로부터 주유동쪽으로 피이드백되는 유동을 관찰하였으며, 다공벽의 구멍을 통하는 유동은 초크하지 않는다는 것을 알았다.
Two dimensional velocity distributions outside a Mach 2.0 supersonic nozzle have been investigated using digital particle image velocimetry (PIV). Mean velocities, turbulence intensities, vorticity field and volume dilatation field are obtained from 300 instantaneous PIV images using 0.33 $\mu\textrm{m}$$TiO_2$ particle. The seeding particle of larger size, 1.4 $\mu\textrm{m}$$TiO_2$, is also used for the experimental measurements of velocity lag downstream of shock waves according to particle sizes. The results have been compared and analyzed with schlieren photographs and computational fluid dynamics (CFD) results for the velocity distribution, the locations of shock waves and over-expanded shock structure. It was shown that the locations of normal shock and shock waves can be resolved by the axial or radial velocities, and the velocity lag is more significantly increased due to particle inertia as a particle size increases. And it was also found that over-expanded shock structures call be predicted by volume dilatation fields, and streamwise turbulence intensities are influenced significantly by normal shock waves.
In this paper we study numerically the shock-vortex interaction in the shear layer generated by moving shock waves above and below a flat plate. The faster normal shock is diffracted at the tip of the flat plate, producing a starting vortex. The slower normal shock below the flat plate arrives soon later to run across the vortex and make interaction. The two shocks are merged together and reflected back at the closed end of the shock tube to impinge on the shear layer developing multiple vortexlets. The computational simulation based on Euler and Navier-Stokes equations shows good prediction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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