Navier-Stokes computation based on a new simplified model is proposed to investigate the interactions of a moving shock wave with multiple vortices arranged in the serial manner. This model problem simulates shock-vortexlet interactions at the shear layer of a compressible vortex often observed in the experiment. Applying the Foppl's idea, we extended the Rankin's model generally used for the description of a single vortex to the multi-vortex version. The acoustic pulses accelerated and decelerated are successively generated and propagated from each shock-vortex interaction, which simply explains the genesis of eccentrically diverging acoustic waves appearing in the experimental photograph.
For the prediction on the onset of oblique shock wave-induced vortex breakdown, computational studies on the Oblique Shock wave/Vortex Interaction (OSVI) are conducted and compared with both experimental results and analytic model. A Shock-stable numerical scheme, the Roe scheme with Mach number-based function (RoeM), and a two-equation eddy viscosity-transport approach are used for three-dimensional turbulent flow computations. The computational configuration is identical to available experiment, and we attempt to ascertain the effect of parameters such as a vertex strength, streamwise velocity deficit, and shock strength at a freestream Mach number of 2.49. Numerical simulations using the ${\kappa}-{\omega}SST$ turbulence model and suitably modeled vortex profiles are able to accurately reproduce many fine features through a direct comparison with experimental observations. The present computational approach to determine the criterion on the onset of oblique shock wave-induced vortex breakdown is found to be in good agreement with both the experimental result and the analytic prediction.
경사충격파와 와류간의 상호작용에 관한 수치적 해석은 경사충격파에 기인한 와류붕괴 의 발생에 관한 이론적 모델 및 실험치와 비교하기 위해 수행되었다. 본 연구의 해석을 위해 마하수에 기초한 Roe의 기법 (RoeM) 과 2-방정식 난류 모델을 이용하여 3차원 난류 유동장을 효과적으로 계산하였다. 자유류 마하수 2.49에서 와유세기, 축방향속도 성분, 충격파 세기의 변화에 따른 상호작용의 영향을 연구하였다. 2-방정식 난류모델인 k-wSST 난류모델과 적절히 모델링된 와류모델을 이용하여 수치연구를 수행함으로써 실험적으로 관찰된 여러 유동장을 정확히 모사할 수 있었다. 경사충격파에 기인한 와류붕괴의 발생에 관한 기준을 결정하기 위한 본 연구결과는 이론적 모델과 실험치와 일치된 결과를 보여주고 있음을 확인하였다.
We study a conceptual numerical model on shock-vortex interaction setting an impulsive shock in a compressible vertex. Navier-Stokes equations are solved for the investigation of interactive structure and acoustic wave propagation. The rotationally symmetric vortex enforces two compression-expansion pairs resultantly forming a quadrupolar shape. These compressive and expansive waves cylindrically propagate to the far field and turn to acoustic waves. Using a fine uniform Cartesian grid system and a TVD-high resolution method, the flow data irl: precisely obtained to extend our interest to the sound source.
The shock wave diffracted behind a finite wedge is partially scattered after interacting with a starting vortex originated from the sharp vertex of the wedge. The shock is divided into the accelerated and decelerated shocks. The decelerated shock then interacts with the small vortexlets brought about by the vortex instability, producing weak compression waves. The shock-shock interaction produces Mach stems. Through this successive process, the shock attenuated. In this study, these complicated shock phenomena are computed using Euler equations and compared with experimental results obtained by the authors.
The interaction of a travelling shock with the shear layer of a flat plate is studied computationally. The Euler and Navier-Stokes equations are solved numerically on quadrilateral unstructured adaptive grids. The flat plate is installed horizontally on the central axis of a shock tube. The shear layer is first created by two shock waves at different speeds splitted by a flat plate. A series of small vortices is developed as a consequence in the shear layer. The shock wave reflected at the end wall impinges the shear layer. The complicated shock dynamics in the evolution to the pseudo-steady state is represented with the morphological transformation of a planar shock into an oblique shock.
It is known that tip clearance flows reduce the pressure rin, flow range and efficiency of the turbomachinery. So, the clear understanding about flow fields in the tip region is needed to efficiently design the turbomachinery. The Navier-Stokes code with the proper treatment of the boundary conditions has been developed to analyze the three-dimensional steady viscous flow fields in the transonic rotating blades and a numerical study has been conducted to investigate the detail flow physics in the tip region of transonic rotor, NASA Rotor 67. The computational results in the tip region of transonic rotors show the leakage vortices, leakage flow from pressure side to suction side and their interaction with a shock Depending on the operating conditions, the position of shock-wave on the blade surface are v8y different close to the blade tip of the transonic compressor rotor. The shock-wave position dose to the blade tip had the dose relationship with the starting position of leakage vortex and the direction of leakage flow.
The goal of this paper is to investigate the generation characteristics of the main impulsive noise sources generated by the supersonic flow discharging from a muzzle. For this, this paper investigates two fundamental mechanisms to sound generation in shocked flows: shock motion and shock deformation. Shock motion is modeled numerically by examining the interaction of a sound wave with a shock. The numerical approach is validated by comparison with results obtained by linear theory for a small disturbance case. Shock deformations are modeled numerically by examining the interaction of a vortex ring with a blast wave. A numerical approach of a dispersion-relation-preserving(DRP) scheme is used to investigate the sound generation and propagation by their interactions in near-field.
It is known that tip clearance flows reduce the pressure rise, flow range and efficiency of the turbomachinery. So, the clear understanding about flow fields in the tip region is needed to efficiently design the turbomachinery. The Navier-Stokes code with the proper treatment of the boundary conditions has been developed to analyze the three-dimensional steady viscous flow fields in the transonic rotating blades and a numerical study has been conducted to investigate the detail flow physics in the tip region of transonic rotor, NASA Rotor 67. The computational results in the tip region of transonic rotors show the leakage vortices, leakage flow from pressure side to suction side and their interaction with a shock. Depen ding on the operating conditions, toad distributions and the position of shock-wave on the blade surface are very different close to the blade tip of the transonic compressor rotor. The load distribution and the shock-wave position close to the blade tip had the close relationship with the starting position of leakage vortex and the direction of leakage flow.
Impulsive shooting noise is basically complex phenomenon which contains the linear and non-linear characteristics. For those reasons, numerical analysis of impulsive shooting noise has the difficulties in control of the numerical stability and accuracy on the simulation. In this research, Wave-number Extended Finite Volume Scheme (WEFVS) is applied to the numerical analysis of impulsive shooting noise. In the muzzle blast flow simulation, the generation of the precursor wave and the induced vortex ring are observed. Consequently, blast wave. vortex ring interaction and vortex ring. bow shock wave interaction are evaluated on the shooting process using the accurate and stable scheme. The sound generation in the interactions can be explained by the vorticity transport theorem. The shear layer is evolved behind the projectiles due to the jet flow. In these computations, the impulsive shooting noise is generated by the complex interaction with shooting process and is propagated to the far-field boundary. The impulsive shooting noise generation can be observed by the applications of WEFVS and analyzed by the physical phenomena.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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