The limit of applicability of Navier-Stokes equation to stationary plane shock-waves is examined by using the principle of minimum entropy production of linear irreversible thermodynamics. In order to obtain analytic results, the equation is linearized near the equilibrium of downstream. Results show that the solution of Navier-Stokes equation which fits the boundary condition of far downstream flow is consistent with the thermodynamic requirement within the first order when the solution is expanded around the M=1, where M is the Mach number of upstream speed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.479-490
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2020
The hydrodynamic characteristic of transonic motion projectiles with different head diameters are investigated by numerical simulation. Compressibility effect in liquid-phase water are modeled using the Tait state equation. The result shows that with increasing of velocity the compression waves transfer to shock waves, which cause the significant increasing of pressure and decreasing the dimensions of supercavities. While the increasing of head diameter, the thickness, the vapor volume fraction and the drag coefficient of supercavities are all enhanced, which is conducive to the stability of transonic-speed projectiles. The cavity dynamics of the different head projectiles are compared, and the results shows when Mach number is in high region, the truncated cone head projectile is enveloped by a cavity which results in less drag and better stability.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.1
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pp.147-153
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2011
A series of nonequilibrium molecular dynamics(NEMD) simulations are performed to investigate the kinetic energy and velocity distributions of molecules in shock waves. In the simulations, argon molecules are used as a medium gas through which shock waves are propagating. The kinetic energy distribution profiles reveals that as a strong shock wave whose Mach number is 27.1 is applied, 39.6% of argon molecules inside the shock wave have larger kinetic energy than molecular ionization energy. This indicates that an application of a strong shock wave to argon gas can give rise to an intense light. The velocity distribution profiles in z direction along which shock waves propagate clearly represent two Maxwell-Boltzmann distributions of molecular velocities in two equilibrium regions and one bimodal velocity distribution profile that is attributed to a nonequilibrium region. The peak appearing in the directional temperature in z direction is discussed on a basis of the bimodal velocity distribution in the nonequilibrium region.
Among the interplanetary shock (IP shock)s observed by ACE spacecraft at 1AU during 1997 to 2000, we have selected 31 IP shocks which had triggered the interplanetary type II radio bursts detected by the WIND spacecraft while those shocks were leaving the Sun. We compared the observed IP shock propagation speeds and the IP shock transit speeds estimated by time difference between the interplanetary type II radio burst detection and the IP shock observation. Then, we found that the mean acceleration of the IP shocks between the Sun and the Earth is about $-1.02m/sec^2$, which means the deceleration contrary to the positive acceleration predicted by Parker solar wind model. It is also verified that the acceleration of the IP shock does not show any linear correlation with the shock propagation speed and the Mach number of the IP shock.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.1
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pp.118-123
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1987
In relation to the dust detonatians which have imposed severe damages on the industry, the ignitability of various dusts has been investigated on a horizontal shock tube in this study. By using a newly designed air injector, very well-distributed clouds could be obtained. The proper reflected shock conditions have been generated by placing a reflector 1.5cm behind the air injector, which reflected the incident shock wave. The incident shock waves in the range of Mach number 2.8-3.3 created the postreflected shock temperature of 1200-1600K. Experimentally the ignition delay was defined as the time interval between the arrival of a reflected shock wave at dusts and the detection of visible light. Measured ignition delays of dusts investigated were located lower than 1msec under the above conditions. These values are one-order higher than those in the incident shock wave condition. In this type of ignitiion process the following three processes are considered to play important roles; heating of a particle, generation of volatile gas by endothermic devolatilization process, and its diffusion from the particle surface and the formation of stoichiometric mixture with oxidizer.
In general, flow entrainment of surrounding gas into a supersonic jet is caused by the pressure drop inside the jet and the shear actions between the jet and the surrounding gas. In the recent industrial applications, like supersonic ejector system or scramjet engine, the rapid mixing of two different gases is important in that it determines the whole performance of the flow system. However, the mixing performance of the conventional circular jet is very low because the shear actions are not enough. The supersonic jet discharging from a petal nozzle is known to enhance mixing effects with the surrounding gas because it produces strong longitudinal vortices due to the velocity differences from both the major and minor axes of petal nozzle. This study aims to enhance the mixing performance of the jet with surrounding gas by using the lobed petal nozzle. The jet flows from the petal nozzle are compared with those from the conventional circular nozzle. The petal nozzles employed are 4, 6, and 8 lobed shapes with a design Mach number of 1.7 each, and the circular nozzle has the same design Mach number. The pitot impact pressures are measured in detail to specify the jet flows. For flow visualization, the schlieren optical method is used. The experimental results reveal that the petal nozzle reduces the supersonic length of the supersonic jet, and leads to the improved mixing performance compared with the conventional circular jet.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.123-136
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2015
The present study numerically investigates the effect of shield on the flow characteristics of Hartmann whistle. The flow characteristics of un-shielded Hartmann whistle are compared with whistles of different shield heights 15 mm, 17 mm, 20 mm, 25 mm and 30 mm. The comparison of Mach number contours and transient velocity vectors of shielded Hartmann whistles with un-shielded ones for the same conditions reveal that the presence of shield causes the exiting jet to stick to the wall of the shield without causing spill-over around the cavity inlet, thus sustaining the shock oscillation as seen in the unshielded Hartmann whistle, which has intense flow/shock oscillation and spill-over around the cavity mouth. The velocity vectors indicate jet regurgitance in shielded whistles showing inflow and outflow phases like un-shielded ones with different regurgitant phases. The sinusoidal variation of mass flow rate at the cavity inlet in un-shielded Hartmann whistle indicates jet regurgitance as the primary operating mode with large flow diversion around the cavity mouth whereas the non-sinusoidal behavior in shielded ones represent that the jet regurgitance is not the dominant operating mode. Thus, this paper sufficiently demonstrates the effect of shield in modifying the flow/shock oscillations in the vicinity of the cavity mouth.
This experimental study describes the propagation characteristics and suppression of the impulse noise emitted from the exit of a perforated pipe attached to the open end of a simple shock tube. The experiment is performed through the systematic change of the shock wave Mach number and the geometrical parameters such as the porosity, hole diameter and length of the perforated pipe. The experimental results for the near and far sound field are presented and explained in comparison with those for a straight pipe. The results obtained show that for the near sound field the impulse noise strongly propagates toward to the pipe axis, but for the far sound field the impulse noise uniformly propagates toward to the all directions, indicating that the directivity pattern is almost same regardless of the pipe type. Moreover, the noise reduction performance of perforated pipe depends upon the condition of sound field. For the near sound field the perforated pipe has a little performance to suppress the impulse noise, but for the far sound field the perforated pipe has little performance to suppress the impulse noise.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.6
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pp.837-844
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2001
Jet cutting technology currently makes use of a generic supersonic gas jet to improve the cutting speed and performance. In order to get a better understanding of the flow characteristics involved in the supersonic jet cutting technology, the axisymmetric Navier-Stokes equations have been solved using a fully implicit finite volume method. Computations have been conducted to investigate some major characteristics of supersonic coaxial turbulent jets. An assistant gas jet has been imposed on the primary gas jet to simulate realistic jet cutting circumstance. The pressure and the temperature ratios of the primary and assistant gas jets are altered to investigate the major characteristics of the coaxial jets. The total pressure and Mach number distributions, shock wave systems, and the jet core length which characterize the coaxial jet flows are strongly affected by the pressure ratio, but not significantly dependent on the total temperature ratio. The assistant gas jet greatly affects the basic flow characteristics of the shock system and the core length of under and over-expanded jets.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.10
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pp.2686-2697
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1994
When a railway train enters a tunnel at high speed, a compression wave is formed in front of the train and propagates along the tunnel. The compression wave subsequently emerges from the exit of the tunnel, which causes an impulsive noise. In order to estimate the magnitudes of the noises and to effectively minimize them, the characteristics of the compression wave propagating in a tunnel must be understood. In the present paper, the experimental and analytical investigations on the attenuation and distortion of the propagating compression waves were carried out using a model tunnel. This facility is a kind of open-ended shock tube with a fast-opening gate valve instead of a general diaphragm. One-dimensional flow model employed in the present study could appropriately predict the strength of the compression wave, Mach number and flow velocity induced by the compression wave. The experimental results show that the strength of a compression wave decreases with the distance from the tunnel entrance. The decreasing rate of the wave strength and pressure gradient in the wave is strongly dependent on the strength of the initial compression wave at the tunnel entrance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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