Several observational results show a tighter pitch angle at wavelengths of optical and near-infrared than those that are associated with star formation, which is in agreement with the prediction of the density wave theory. In my recent numerical studies, the dependence of the shock positions relative to the potential minima is due to the tendency that stronger shocks form farther downstream. This causes a systematic variation of the perpendicular Mach number, with radius and makes the pitch angle of the gaseous arms smaller than that of the stellar arms, which supports the prediction of the density-wave theory, independently. However, some observations still give controversial results which show similar pitch angles at wavelengths, and there is no statistical study comparing observations and numerical models directly. By analyzing optical image of disk galaxies in the Carnegie-Irvine Galaxy Survey (CGS), I measured the physical values of stellar and gaseous arms such as their strength, length, and pitch angles. For direct comparison with numerical results, I analyzed more than 30 additional numerical models with varying the initial parameters in model galaxies. In this talk, I will present results both of observational and numerical samples and discuss the physical properties of spiral structures based on the density-wave theory.
Observations indicate that turbulence in molecular clouds of the interstellar medium (ISM) is highly supersonic (M >> 1) and strongly magnetized (β ≈ 0.1), while in the intracluster medium (ICM) it is subsonic (M <~1) and weakly magnetized (β ≈ 100). Here, M is the turbulent Mach number and β is the ratio of the gas to magnetic pressures. Although magnetohydrodynamic (MHD) turbulence in such environments has been previously studied through numerical simulations, some of its properties as well as its consequences are not yet fully described. In this talk, we report a study of MHD turbulence in molecular clouds and the ICM using a newly developed code based the high-order accurate, WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory) scheme. The simulation results using the WENO code are generally in agreement with those presented in the previous studies with, for instance, a TVD code (Porter et al. 2015 &, Park & Ryu 2019), but reveal more detailed structures on small scales. We here present and compare the properties of simulated turbulences with WENO and TVD codes, such as the spatial distribution of density, the density probability distribution functions, and the power spectra of kinetic and magnetic energies. We also describe the populations of MHD shocks and the energy dissipation at the shocks. Finally, we discuss the implications of this study on star formation processes in the ISM and shock dissipation in the ICM.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.11
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pp.914-921
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2017
The experimental research on a high-altitude environment simulation of space launch vehicle is important for securing independent technologies with launching space vehicles and completing missions. This study selected an altitude of 65 km for the experiment environment where it exceeded Mach number of 6 after the launch of Korean Space Launch Vehicle(KSLV-II). Shock tunnel was used to replicate the flight condition. After flow establishment, in order to confirm aerodynamic characteristics and normal and oblique shockwaves, the flow verification was carried out by measuring stagnation pressure and heat flux of a forebody model, and shockwave stand-off distance of a hemispherical model. In addition, a shock-free technique to recover free-stream condition has been developed and verified. From the results of the three verification tests, it was confirmed that the flow was replicated with the error of about ${\pm}3%$. The error between the slope angle of inclined shockwave of the scaled down transition section model using the shock-free shape and the slope angle of the horizontal plate model, and between the theoretical and the experimental value of the static pressure of the model were confirmed to be 2% and 1%, respectively. As a result, the efficiency of the shockwave cancellation technique has been verified.
The supersonic flow around tandem cavities was investigated by three- dimensional numerical simulations using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equation with the $\kappa-\omega$ thrbulence model. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves, and the acoustic effect transmitted from wake flow to upstream. The upwind TVD scheme based on the flux vector split using van Leer's limiter was used as the numerical method. Numerical calculations were performed by the parallel processing with time discretizations carried out by the 4th-order Runge-Kutta method. The aspect ratio of cavities are 3 for the first cavity and 1 for the second cavity. The ratio of cavity interval to depth is 1. The ratio of cavity width to depth is 1 in the case of three dimensional flow. The Mach number and the Reynolds number were 1.5 and $4.5{\times}10^5$, respectively. The characteristics of the dominant frequency between two-dimensional and three-dimensional flows were compared, and the characteristics of the second cavity flow due to the fire cavity flow cavity flow was analyzed. Both two dimensional and three dimensional flow oscillations were in the 'shear layer mode', which is based on the feedback mechanism of Rossiter's formula. However, three dimensional flow was much less turbulent than two dimensional flow, depending on whether it could inflow and outflow laterally. The dominant frequencies of the two dimensional flow and three dimensional flows coincided with Rossiter's 2nd mode frequency. The another dominant frequency of the three dimensional flow corresponded to Rossiter's 1st mode frequency.
The supersonic flows around tandem cavities were investigated by two-dimensional and three-dimensional numerical simulations using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation with the k- ω turbulence model. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves, and the acoustic effect transmitted from wake flow to upstream. The upwind TVD scheme based on the flux vector split with van Leer's limiter was used as the numerical method. Numerical calculations were performed by the parallel processing with time discretizations carried out by the 4th-order Runge- Kutta method. The aspect ratios of cavities are 3 for the first cavity and 1 for the second cavity. The ratio of cavity interval to depth is 1. The ratio of cavity width to depth is 1 in the case of three dimensional flow. The Mach number and the Reynolds number were 1.5 and $4.5{\times}10^5$, respectively. The characteristics of the dominant frequency between two- dimensional and three-dimensional flows were compared, and the characteristics of the second cavity flow due to the first cavity flow was analyzed. Both two dimensional and three dimensional flow oscillations were in the 'shear layer mode', which is based on the feedback mechanism of Rossiter's formula. However, three dimensional flow was much less turbulent than two dimensional flow, depending on whether it could inflow and outflow laterally. The dominant frequencies of the two dimensional flow and three dimensional flows coincided with Rossiter's 2nd mode frequency. The another dominant frequency of the three dimensional flow corresponded to Rossiter's 1st mode frequency.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.12
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pp.1071-1078
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2015
Numerical computations were performed to investigate the effects of pintle stroke, altitude, and bore on the performance of an external pintle thruster. Results show that under-expansion flow occurs always, independent of pintle stroke. An external pintle thruster shows good performance in that it is capable of good amount of thrust control, while aerodynamic loads are increased due to shock waves on the pintle support. When altitude is increased to 20 km, the nozzle exit velocity, Mach number, thrust as well as aerodynamic loads are increased. Bore increases aerodynamic load 5.9%, and therefore pintle shape without bore is preferred for lower aerodynamic load of a pintle in order to actuate the pintle.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.5
no.2
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pp.51-58
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2001
Supersonic, axisymmetric, jets issuing from several kinds of dual, coaxial, nozzles were experimentally investigated. Four different kinds of coaxial, dual nozzles were employed to characterize the major. features of the supersonic, coaxial, dual jets. Two convergent-divergent supersonic nozzles with different impinging angle on the jet axis of were designed to have the Mach number 2.0 and used to compare the coaxial jet flows with those discharging from two sonic nozzles. The primary pressure ratio was changed in the range from 4.0 to 10.0 and the assistant jet ratio from 1.0 to 4.0. The results obtained show that the assistant jets from the annular. nozzle affect the coaxial jet flows and an increase of both the primary jet pressure ratio and assistant jet pressure ratio lead to a longer supersonic length of the dual, coaxial jet.
We use high-resolution hydrodynamic simulations to study nonlinear gas responses to imposed non-axisymmetric stellar potentials in barred-spiral galaxies. The gas is assumed to be infinitesimally thin, isothermal, and unmagnetized. We consider various spiral-arm models with differing strength and pattern speed, while fixing the bar parameters. We find that the extent and shapes of spiral shocks as well as the related mass drift depend rather sensitively on the pattern speed. In models where the arm pattern is rotating more slowly than the bar, the gaseous arms extend from the bar ends all the way to the outer boundary, with a pitch angle slightly smaller than that of the stellar counterpart. The arms drive mass inflows at a rate of ${\sim}0.5-2.5M{\odot}/yr$ to the bar region to which the shock dissipation, external torque, and self-gravitational torque contribute about 50%, 40%, and 10%, respectively. About 85% of the inflowing mass is added to bar substructures such as an inner ring, dust lanes, and a nuclear ring. while the remaining 15% encircles the bar region. On the other hand, models where the arms corotate with the bar exhibit mass outflows, rather than inflows, over most of the arm region. In these models, spiral shocks are much more tightly wound than the stellar arms and cease to exist in the region where $M{\bot}/sinp*{\geq}25-40$, where $M{\bot}$ denotes the Mach number of a rotating gas perpendicular to the arms with pitch angle p*. We demonstrate that the distributions of line-of-sight velocities and densities can be a useful diagnostic tool to distinguish if the arms and bar corotate or not.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.3
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pp.259-267
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2017
Flow fields around a KARI-11-180 airfoil, SDM and transonic body are numerically simulated by using an unstructured meshes based compressible flow solver developed at KAIST. RANS equations are solved to analyse the flow fields and Roe's FDS method is adopted to evaluate convective fluxes. Turbulence effect of the flow fields is modeled by a SA model, SST model and ${\gamma}-{\widetilde{Re}}_{{\theta}t}$ model. It is found that smaller drag coefficients are predicted for the KARI-11-180 airfoil when a transition phenomenon is considered and small deviations exist between CFD and EFD results. For the SDM, flow separation is observed at a leading edge and calculated aerodynamic properties show similar tendencies to experimental results. A shock wave on main wings of the transonic body is successfully captured by the present flow solver at a Mach number 0.9. Estimated pressure profiles by means of the present CFD method also agree well with those of wind tunnel results.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.1
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pp.9-17
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2013
A considerable deal of work has been carried out to get an insight into the gas-solid suspension flows and to specify the particle motion and its influence on the gas flow field. In this paper an attempt is made to develop an analytical model to study the effect of nozzle inlet/exit pressure ratio, particle/gas loading and the particle diameter effect on gas-solid suspension flow. The effect of the particle/gas loading on the mass flow, Mach number, thrust coefficient and static pressure variation through the nozzle is analyzed. The results obtained show that the presence of particles seems to reduce the strength of the shock wave. It is also found that smaller the particle diameter is, bigger will be the velocity as bigger particle will have larger slip velocity. The suspension flow of smaller diameter particles has almost same trend as that of single phase flow with ideal gas as working fluid. Depending on the ambient pressure, the thrust coefficient is found to be higher for larger particle/gas loading or back pressure ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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