The shock wave is deformed and the vortex is elongated simultaneously during the shock-vortex interaction. More precisely, the shock wave is deformed to a S-shape, consisting of a leading shock and a lagging shock by which the corresponding local vortex flows are accelerated and decelerated, respectively: the vortex flow swept by the leading shock is locally expanded and the one behind the lagging shock is locally compressed. As the leading shock escapes the vortex in the order of microseconds, the expanded flow region is quickly changed to a compression region due to the implosion effect. An induced shock is developed here and propagated against the vortex flow. This happens for a strong vortex because the tangential flow velocity of the vortex core is high enough to make the induced-shock wave speed supersonic relative to the vortex flow. For a weak shock, the vortex is basically subsonic and the induced shock wave is absent. For a vortex of intermediate strength, an induced shock wave is developed in the supersonic region but dissipated prematurely in the subsonic region. We have expounded these three shock-vortex interaction patterns that depend on the vortex flow regime using a third-order ENO method and numerical shadowgraphs.
As a shock impinges into a vortex of variable strength, complex shock diffraction can occur. Since a vortex has a fixed rotating direction, the shock wave travelling in one direction creates strong asymmetry in the vortex flow field. The process is that first the shock is divided into two parts by the vortex. One part is moving in the adverse direction opposite to the vortex flow which is captured by the vortex center. The other part is moving in the favorable direction, namely, in the direction same as the vortex flow; it is swung around the vortex, accelerating the vortex flow. In this paper we have investigated numerically using ENO scheme how and why the shock-vortex interaction patterns appear so different for different parametric values. Conclusion is that there are three different types of shock-vortex interaction depending on two related parameters: shock Mach number and vortex Mach number. We present a parameter map by which we can discern what type of interaction pattern appears as a shock impinges into a vortex.
Abstract: As a shock impinges into a vortex of variable strength, complex shock diffraction can occur. Since a vortex has a fixed rotating direction, the shock wave travelling in one direction creates strong asymmetry in the vortex flow field. The process is that first the shock is divided into two parts by the vortex. One part is moving in the adverse direction opposite to the vortex flow which is captured by the vortex center. The other part is moving in the favorable direction, namely, in the direction same as the vortex flow; it is swung around the vortex, accelerating the vortex flow. In this paper we have investigated numerically using ENO scheme how and why the shock-vortex interaction patterns appear so different for different parametric values. Conclusion is that there are three different types of shock-vortex interaction depending on two related parameters: shock Mach number and vortex Mach number. We present a parameter map by which we can discern what type of interaction pattern appears as a shock impinges into a vortex.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.9
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pp.1319-1324
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2002
A theoretical model on shock-vortex interaction is investigated using a numerical technique to solve Navier-Stokes equations. The shock-vortex interaction generated by this model based on the classical Rankin vortex is precisely investigated for a benchmark problem: Dosanjh and Weeks experiment. In terms of shock dynamics, the interaction is categorized to three stages: shock distortion, shock split, and shock-shock interaction. The quadrupolar structure of the sound source produced by the interaction is far supported with the present model, and the difference between experiment and theoretical model is also discussed in this paper.
When a vortex diffracts upon encountering a vortex, many strong and weak waves are produced in the course of interaction. They are the cause of shock wave attenuation and noise production. This phenomenon is fundamental to understanding the more complex supersonic turbulent Jet noise. In this paper we have reviewed the research on shock-vortex interaction we have carried on last seven years. We have computationally investigated the parameter effect. When a shock is strong, shock diffraction pattern becomes complex since the slip lines from the triple points on Mach stem curl into the vortex, causing an entropy layer. When the vortex is unstable, vortexlets are brought about each of which make shock diffraction of a reduced intensity. Strong vortex produces quadrupole noise as it impinges into a vortex. Elementary interaction models such as shock splitting, shock reflection, and shock penetration are presented based on shock tube experiment. These models are also verified by computational approach. They easily explain production and propagation of the aforementioned quadrupole noise, Diverging acoustics are explained in terms of shock-vortexlet interactions for which a computational model Is constructed.
An experimental model and a conceptual model are investigated in this paper with both shock tube experiment and numerical technique. The shock-vortex interaction generated by this model is visualized with various methods: holographic interferometry, shodowgraphy, and numerical computation. In terms of shock dynamics, there are two meaningful physics in the present problem. They are reflective wave from the slip layer at the vortex edge and transmitted shock penetrating the vortex core. The discussion in this study is mainly focused on the two kinds of waves contributing to the quadrupolar pressure distribution around the vortex center during the interaction.
Axisymmetric compressible flow field induced by shock diffraction from a finite cone is investigated with experimental and computational methods. Double-exposure holographic interferograms show ima ges of the density field integrated along the light path. Using the sight-integrated density based on the Able transformation, the axisymmetric computational results are compared qualitatively with the experiment. In the present paper, we observed some distinguishing flow physics: the fault structure of vortex ring, the shock-vortex interaction, and the morphological transformation of shock waves.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.8
s.239
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pp.921-926
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2005
In the idealized model problem of the interaction between a planar travelling shock and a symmetric vortex, the physics of shock distortion and quadrupole sound generation are well known to many researchers. However, the authors have distinguished the weak waves reflected and transmitted by the complicated photograph images obtained from a shock tube experiment. In this paper, we introduces a parametric study based on Navier-Stokes simulation and Rankin vortex model to see the difference of shock deformation shapes. Four combination of the strength of shock and vortex are respectively selected from a parameter plane of shock and vortex strength extended to the strong vortex region. The result shows clearly discernable wave morphology for the main parameters, which is not yet explicitly mentioned by other researchers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.9
/
pp.1311-1318
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2002
An experimental model is investigated in this paper using the experimental method with a shock tube and the numerical technique. The shock-vortex interaction generated by this model is visualized with various methods: holographic interferometry, shodowgraphy, and numerical computation. In terms of shock dynamics, there are two meaningful physics in the present problem. They are reflective wave from the slip layer at the vortex edge and transmitted shock penetrating the vortex core. The discussion in this study is mainly focused on the two kinds of waves contributing to the quadrupolar pressure distribution around the vortex center during the interaction.
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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