Effect of a particle's spin is investigated numerically by considering the effect of lift occurring due to difference of rotations of a particle and of fluid such as the Saffman lift and Magnus force. These lift forces have been neglected in many previous works on particle-laden turbulence. The trajectory of particles can be changed by the lift forces, resulting in significant modification of the stochastic characteristics of heavy particles. Probability density functions and autocorrelations are examined of velocity, acceleration of solid particle and acceleration of fluid at the position of solid particle. Changes in velocity statistics are negligible but statistics related with acceleration are a little bit changed by particle's rotation. When a laden particle encounters with coherent structures during the motion, the particle's rotation might significantly affects the motion due to intermittently large fluid acceleration near coherent structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.7
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pp.665-670
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2010
The effect of a particle's spin is investigated numerically by taking into account the effect of lift forces originating due to difference between the rotations of a particle and of a fluid, such as the Saffman and Magnus lift forces. These lift forces have been ignored in many previous studies on particle-laden turbulence. The trajectory of the particles can be changed by the lift forces, resulting in a significant modification of the stochastic characteristics of heavy particles. Probability density functions and autocorrelations are evaluated from the velocity of solid particle, acceleration of solid particles, and acceleration of fluid at the position of solid particle. Changes in velocity statistics are negligible but statistics related with acceleration are affected by the rotation of particle. When a laden particle encounters coherent structures during its motion, the particle's rotation might significantly affects the motion due to intermittently large fluid acceleration near the coherent structures.
Rotation-powered pulsars are excellent laboratories for studying particle acceleration as well as fundamental physics of strong gravity, strong magnetic fields and relativity. Particle acceleration and high-energy emission from the polar caps is expected to occur in connection with electron-positron pair cascades. I will review acceleration and gamma-ray emission from the pulsar polar cap and associated slot gap. Predictions of these models can be tested with the data set on pulsars collected by the Large Area Telescope on the Fermi Gamma-Ray Telescope over the last four years, using both detailed light curve fitting, population synthesis and phase-resolved spectroscopy.
This paper describes some recent developments in our understanding of particle acceleration by shocks. It is pointed out that while good agreement now exists as to steady nonlinear modifications to the shock structure, there is. also growing evidence that the mesoscopic scales may not in fact be steady and that siginficant instabilties associated with magnetic field amplification may be a feature of strong collisionless plasma shocks.
van Marle, Allard Jan;Ryu, Dongsu;Kang, Hyesung;Ha, Ji-Hoon
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.43
no.2
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pp.42.2-43
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2018
When galaxy clusters interact, the intergalactic gas collides, forming shocks that are characterized by a low sonic Mach number (~3) but a comparatively high Alfvenic Mach number (~30). Such shocks behave differently from the more common astrophysical shocks, which tend to have higher sonic Mach numbers. We wish to determine whether these shocks, despite their low sonic Mach number, are capable of accelerating particles and thereby contributing to the cosmic ray spectrum. Using the PIC-MHD method, which separates the gas into a thermal and a non-thermal component to increase computational efficiency, and relying on existing PIC simulations to determine the rate at which non-thermal particles are injected in the shock, we investigate the evolution of galaxy cluster shocks and their ability to accelerate particles. Depending on the chosen injection fraction of non-thermal particles into the shock, we find that even low-Mach shocks are capable of accelerating particles. However, the interaction between supra-thermal particles and the local magnetic field triggers instabilities and turbulence in the magnetic field. This causes the shock to weaken, which in turn reduces the effectiveness of the supra-thermal particle injection. We investigate how this influences the shock evolution by reducing the particle injection rate and energy and find that a reduction of the particle injection fraction at this stage causes an immediate reduction of both upstream and downstream instabilities. This inhibits particle acceleration. Over time, as the instabilities fade, the shock surface straightens, allowing the shock to recover. Eventually, we would expect this to increase the efficiency of the particle injection and acceleration to previous levels, starting the same series of events in an ongoing cycle of increasing and decreasing particle acceleration.
In this study, the nano-particle emitted from Gasoline Direct Injection(GDI) vehicles was measured using the Engine Exhaust Particle Sizer(EEPS) on a chassis dynamometer. In addition, driving mode were divided into cold start mode(CVS-75, NEDC) and hot start mode(NIER-6, NIER-9) to evaluated the characteristics in the various operating conditions. The Particle Number(PN) concentration was analyzed for various driving patterns, i.e., acceleration, deceleration, idling, cruising and the phases of mode. In a result, Total concentration of PN for size was concentrated from 50 to 100 nm and acceleration represents the highest concentration among the driving pattern. It is believed that the increases quantity of fuel, and mixture will be richer than other patterns.
Giant radio relics in the outskirts of galaxy clusters have been observed and they are interpreted as synchrotron emission from relativistic electrons accelerated via diffusive shock acceleration (DSA) in weak shocks of Ms < 3.0. In the DSA theory, the particle momentum should be greater than a few times the momentum of thermal protons to cross the shock transition and participate in the Fermi acceleration process. In the equilibrium, the momentum of thermal electrons is much smaller than the momentum of thermal protons, so electrons need to be pre-accelerated before they can go through DSA. To investigate such electron injection process, we study the electron pre-acceleration in weak quasi-perpendicular shocks (Ms = 2.0 - 3.0) in an ICM plasma (kT = 8.6 keV, beta = 100) through 2D particle-in-cell simulations. It is known that in quasi-perpendicular shocks, a substantial fraction of electrons could be reflected upstream, gain energy via shock drift acceleration (SDA), and generate oblique waves via the electron firehose instability (EFI), leading the energization of electrons through wave-particle interactions. We find that such kinetic processes are effective only in supercritical shocks above a critical Mach number, $Ms{\ast}{\sim}2.3$. In addition, even in shocks with Ms > 2.3, energized electrons may not reach high energies to be injected to DSA, because the oblique EFI alone fails to generate long-wavelength waves. Our results should have implications for the origin and nature of radio relics.
Particle accelerator has mainly used in nuclear field only because of the large scale of the facility. However, since laser-plasma particle accelerator which has smaller size and spends less cost developed, the availability of this accelerator is expended to various research fields such as industrial and medical. This paper suggests a visualization system to control the laser-plasma particle accelerator efficiently. This system offers real-time 3D images via convert HDF file comes from plasma data obtained from PIC simulation into OpenGL texture type to analyse and modify plasma data. After that, it stores high-resolution rendering images of the data with external renderer hereafter.
For the effective design of a beam forming structure of the negative-ion-based neutral beam injector, a computer program based on a particle simulation model is developed for the calculation of charged particle motions in the electrostatic fields. The motions of negative ions inside the acceleration tube of a multiple-aperture triode are computed at finite time steps. The electrostatic potentials are obtained from the Poisson's equation by the finite difference method. The successive overrelaxation method is used to solve the matrix equation. The particle and force weighting methods are used on a cloud-in-cell model. The optimum design of the beam forming structure has been studied by using this computer code for the various conditions of elctrodes. The effects of the acceleration-deceleration gap distance, the thickness of the deceleration electrode and the shape of the acceleration electrode on beam trajectories are exmined to find the minimum beam divergence. Some numerical illustrations are presented for the particle movements at finite time steps in the beam forming tubes. It is found in this particle simulation modelling that the shape of the acceleration electrode is the most significant factor of beam divergence.
In this paper, we propose a framework that can perform acceleration collision detection efficiently by using a cone based collision area in a particle-based system which requires collision detection with many objects. Three conditions determine particle and cone-based collision regions: 1) If there is a cone position within the radius of the adjacent particle, 2) In the case where the position of the adjacent particle exists in the cone area, 3) When adjacent particles exist between two vectors forming a cone area. As a result, it is defined that when the above conditions are all satisfied, the particle and the region of a cone have collided. In this paper, we automatically update the area of the cone, which is the collision detection area, according to the particle movement. Determine the direction and length of the cone based on the position and velocity of the particle to calculate the dynamic change of the cone. Collision detection is performed quickly using only the particles in the finally calculated area. The acceleration method proposed in this paper is simple to implement because it is executed with a closed form equation instead of explicitly creating the tree data structure, and collision inspection performance is improved in all results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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