Spinning detonations propagating in a circular tube were numerically investigated with a one-step irreversible reaction model governed by Arrhenius kinetics. Activation energy is used as parameter as 10, 20, 27 and 35, and the specific heat ratio and the heat release are fixed as 1.2 and 50. The time evolution of the simulation results was utilized to reveal the propagation mechanism of single-headed spinning detonation. The track angle of soot record on the tube wall was numerically reproduced with various levels of activation energy, and the simulated unique angle was the same as that of the previous reports. The maximum pressure histories of the shock front on the tube wall showed stable pitch at Ea=10, periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 and unstable pitch consisting of stable, periodical unstable and weak modes at Ea=35, respectively. In the weak mode, there is no Mach leg on the shock front, where the pressure level is much lower than the other modes. The shock front shapes and the pressure profiles on the tube wall clarified the mechanisms of these stable and unstable modes. In the stable pitch at Ea=10, the maximum pressure history on the tube wall remained nearly constant, and the steady single Mach leg on the shock front rotated at a constant speed. The high and low frequency pressure oscillations appeared in the periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 of the maximum pressure history. The high frequency was one cycle of a self-induced oscillation by generation and decay in complex Mach interaction due to the variation in intensity of the transverse wave behind the shock front. Eventually, sequential high frequency oscillations formed the low frequency behavior because the frequency behavior was not always the same for each cycle. In unstable pitch at Ea=35, there are stable, periodical unstable and weak modes in one cycle of the low frequency oscillation in the maximum pressure history, and the pressure amplitude of low frequency was much larger than the others. The pressure peak appeared after weak mode, and the stable, periodical unstable and weak modes were sequentially observed with pressure decay. A series of simulations of spinning detonations clarified that the unsteady mechanism behind the shock front depending on the activation energy.
Spinning detonations propagating in a circular tube were numerically investigated with a one-step irreversible reaction model governed by Arrhenius kinetics. Activation energy is used as parameter as 10, 20, 27 and 35, and the specific heat ratio and the heat release are fixed as 1.2 and 50. The time evolution of the simulation results was utilized to reveal the propagation mechanism of single-headed spinning detonation. The track angle of soot record on the tube wall was numerically reproduced with various levels of activation energy, and the simulated unique angle was the same as that of the previous reports. The maximum pressure histories of the shock front on the tube wall showed stable pitch at Ea=10, periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 and unstable pitch consisting of stable, periodical unstable and weak modes at Ea=35, respectively. In the weak mode, there is no Mach leg on the shock front, where the pressure level is much lower than the other modes. The shock front shapes and the pressure profiles on the tube wall clarified the mechanisms of these stable and unstable modes. In the stable pitch at Ea=10, the maximum pressure history on the tube wall remained nearly constant, and the steady single Mach leg on the shock front rotated at a constant speed. The high and low frequency pressure oscillations appeared in the periodical unstable pitch at Ea=20 and 27 of the maximum pressure history. The high frequency was one cycle of a self-induced oscillation by generation and decay in complex Mach interaction due to the variation in intensity of the transverse wave behind the shock front. Eventually, sequential high frequency oscillations formed the low frequency behavior because the frequency behavior was not always the same for each cycle. In unstable pitch at Ea=35, there are stable, periodical unstable and weak modes in one cycle of the low frequency oscillation in the maximum pressure history, and the pressure amplitude of low frequency was much larger than the others. The pressure peak appeared after weak mode, and the stable, periodical unstable and weak modes were sequentially observed with pressure decay. A series of simulations of spinning detonations clarified that the unsteady mechanism behind the shock front depending on the activation energy.
Goyal, Rahul;Cervantes, Michel J.;Gandhi, Bhupendra K.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제10권2호
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pp.164-175
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2017
Francis turbines are often operated over a wide load range due to high flexibility in electricity demand and penetration of other renewable energies. This has raised significant concerns about the existing designing criteria. Hydraulic turbines are not designed to withstand large dynamic pressure loadings on the stationary and rotating parts during such conditions. Previous investigations on transient operating conditions of turbine were mainly focused on the pressure fluctuations due to the rotor-stator interaction. This study characterizes the synchronous and asynchronous pressure and velocity fluctuations due to rotor-stator interaction and rotating vortex rope during load variation, i.e. best efficiency point to part load and vice versa. The measurements were performed on the Francis-99 test case. The repeatability of the measurements was estimated by providing similar movement to guide vanes twenty times for both load rejection and load acceptance operations. Synchronized two dimensional particle image velocimetry and pressure measurements were performed to investigate the dominant frequencies of fluctuations, vortex rope formation, and modes (rotating and plunging) of the rotating vortex rope. The time of appearance and disappearance of rotating and plunging modes of vortex rope was investigated simultaneously in the pressure and velocity data. The asynchronous mode was observed to dominate over the synchronous mode in both velocity and pressure measurements.
The lubrication modes of line contact between the vane and the camring in an oil hydraulic vane pump have been investigated. First, variations of the radial acting force of a vane were calculated from previously measured results of the dynamic internal pressure in four chambers surrounding a vane. Next, distinctions of the lubrication modes were made using Hooke's chart, which represents an improvement over Johnson's chart. Finally, the influence of boundary conditions in the lubrication region on fluid film lubrication was examined by calculating film pressure distributions. The results show that the lubrication modes of the vane tip are a rigid-variable viscosity region. This region discharges pressure higher than 7 MPa, and exerts a great influence on oil film pressure in the large arc section due to the Piezo-viscous effect.
We calculate in this study the pressure dependence of the frequencies for the Raman modes of A ($A_g$), B ($A_g$, $B_{2g}$) and C ($B_{1g}$, $B_{3g}$) at constant temperatures of 274 and 294K (room temperature) for the solid phase I of benzene. Using the mode Gr$\ddot{u}$neisen parameter of each lattice mode, which correlates the pressure dependence of the crystal volume and the frequency, the Raman frequencies of those modes are computed for phase I of benzene. Our results show that the Raman frequencies of the three lattice modes (A, B and C) increase as the pressure increases, as expected. The temperature effect on the Raman frequencies is not significant, which can be explained by the experimental measurements.
Mixed finite element formulations for incompressible materials show pressure oscillations or pressure modes in four-node quadrilateral elements. The criterion for the stability in the pressure solution is the so-called Babu$\check{s}$ka-Brezzi stability condition, and the four-node elements based on mixed variational principles do not appear to satisfy this condition. In this study, a pressure continuity residual based on the pressure discontinuity at element edges proposed by Hughes and Franca is used to study the stabilization of pressure solutions in bilinear displacement-constant pressure four-node quadrilateral elements. Also, a solid mechanics problem is presented by which the stability of mixed elements can be studied. It is shown that the pressure solutions, although stable, are shown to exhibit sensitivity to the stabilization parameters.
This article proposes analytical solutions for sound radiation from radial vibration modes of a thick annular disk. Structural eigensolutions are calculated using the transfer matrix method. The far-field sound pressure distribution is obtained using two alternate methods. In the first method, pressure is calculated using the Rayleigh integral technique. The second method treats sound radiating radial surfaces as cylindrical radiators of finite length. The Sinc function approach is employed for calculations. Acoustic powers and radiation efficiencies of radial modes are also determined from the far-field sound pressure calculations. Analytical predictions match well with measured data as well as computational results from a finite element code in terms of structural eigensolutions and from a boundary element code in terms of sound pressure, directivity etc.
Two kinds of experimental modal analyses have been performed on a radial tire for passenger car under fixed axle. One is the modal analysis to obtain three-dimensional modes of tire using accelerometers and the other is the one to identify cavity resonance frequency using a pressure sensor. From the first analysis, we have obtained three-dimensional natural modes and their decomposed 3-D modes in each direction, which make it possible to grasp the features of the modes that cannot be identified in the conventional 2-D modes and to classify the vibrationall modes into symmetric, non-symmetric, and antisymmetric modes in a simple way by using the experimental results. From the second experimental analysis, the cavity resonance frequency is found. Coomparing the results of the two analyses, we have Identified the three-dimensional mode of the cavity resonance. We also haute shown that natural frequencies of structural vibration depends on inflation Pressure while the cavity resonance does not.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권6호
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pp.711-729
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2018
This paper reports on the experimental investigations on the failure modes of ring-stiffened cylinder models subjected to external hydrostatic pressure. Nine models were welded from general structural steel. The shells were initially formed by cold-rolling, and flat-bar ring frames were welded to the shell. The hydrostatic pressure tests were conducted by using water as the medium in pressure chambers. The details of the preparation and main test were briefly explained. The investigation identified the consequence of the structural failure modes, including: shell yielding, local shell buckling between ring stiffeners, overall buckling of the shell together with the stiffeners, and interactive buckling mode combining local and overall buckling. In addition, the ultimate strengths were predicted by using existing design codes. Non-linear numerical computations were also conducted by employing the actual imperfection coordinates. Finally, accuracy and reliability of the predictions of design formulae and numerical were substantiated with the test results.
일반적으로 사질토 지반의 원형수직구에 설치된 흙막이벽에 작용하는 토압은 삼차원 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 옹벽에 작용하는 토압과는 다르며, 원통형 벽체의 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압의 정확한 산정이 필요하다. 원형수직구에 설치된 벽체 배면지반의 파괴모드는 지중응력상태에 의존하게 되는데, 파괴모드는 실질적으로 원기둥형 활동면을 갖는 경우와 깔대기형 파괴면을 갖는 경우로 구분할 수 있다. 기존의 연구결과에 의하면 각각의 파괴모드에 대하여 원통형 벽체에 작용하는 토압공식이 제안되었으나, 도입된 가정으로 인하여 불합리한 경향을 보이는 문제점이 있다. 본 연구에서는 원통형 벽체에 작용하는 토압을 산정하기 위하여 각각의 파괴모드에 대하여 제안된 토압공식을 살펴보고, 각 토압공식에서 가정된 사항을 수정 제안하였다. 각각의 파괴모드에 대하여 수정 제안된 토압공식들은 상재하중과 벽면마찰을 고려하였으며, 활동면에서의 힘의 평형관계를 실제적으로 고려하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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