A density based method with homogeneous cavitation model to investigate cavitation-bubble collapsing behavior is proposed and applied to bubble-shock interaction problems. By applying this method, cylindrical bubbles located in the liquid and incident liquid shock wave are computed. Bubble collapsing behavior, shock-bubble interaction and shock transmission/reflection pattern are investigated.
A numerical method for gas-liquid two-phase flow is applied to solve shock-bubble interaction problems. The present method employs a finite-difference Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. By this method, a Riemann problem for shock tube was computed for validation. Then, shock-bubble interaction problems between cylindrical bubbles located in the liquid and incident liquid shock wave are computed.
A numerical method for gas-liquid two-phase flow is applied to solve shock-bubble interaction problems. The present method employs a finite-difference Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. By this method, a Riemann problem for shock tube was computed for validation. Then, shock-bubble interaction problems between cylindrical bubbles located in the liquid and incident liquid shock wave are computed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.148-153
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2007
Two typical impact loadings, shock wave and gas bubble pulse, due to UNDEX(UNDerwater EXplosion), should be considered together for the closest response analysis of structure subjected to UNDEX to a reality. Since these two impact loadings have different response time bands, however, their response characteristics of structure are different from each other. It is impossible to consider these effectively under the current computational environment and the mathematical model has not yet been developed. Whereas Hicks model approximates the fluid-structure interaction due to gas bubble pulse as virtual mass effect, treating the flow by the response of gas bubble after shock wave as incompressible ideal fluid contrary to the compressible flow due to shock wave, Geers-Hunter model could make the closest response analysis of structure under UNDEX to a real one as a mathematical model considering the fluid-structure interaction due to shock wave and gas bubble pulse together using acoustic wave theory and DAA(Doubly Asymptotic Approximation). In this study, the application and effectiveness of integrated dynamic response analysis of submerged structure was examined with the analysis of the shock wave and gas bubble pulse together.
Galaxy clusters are known to host many active galaxies (AGNs) with radio jets, which could expand to form radio bubbles with relativistic electrons in the intracluster medium (ICM). It has been suggested that fossil relativistic electrons contained in remnant bubbles from extinct radio galaxies can be re-accelerated to radio-emitting energies by merger-driven shocks via diffusive shock acceleration (DSA), leading to the birth of radio relics detected in clusters. In this study we assume that such bubble consist primarily of thermal gas entrained from the surrounding medium and dynamically-insignificant amounts of relativistic electrons. We also consider several realistic models for magnetic fields in the cluster outskirts, including the ICM field that scales with the gas density as $B_{ICM}{\infty}n^{0.5}_{ICM}$. Then we perform time-dependent DSA simulations of a spherical shock that runs into a lower-density but higher-temperature bubble with the ratio $n_b/n_{ICM}{\approx}T_{ICM}/T_b{\approx}0.5$. We find that inside the bubble the shock speed increases by about 20 %, but the Mach number decreases by about 15% in the case under consideration. In this re-acceleration model, the observed properties of a radio relic such as radio flux, spectral index, and integrated spectrum would be governed mainly by the presence of seed relativistic electrons and the magnetic field profile as well as shock dynamics. Thus it is crucial to understand how fossil electrons are deposited by AGNs in the ICM and how the downstream magnetic field evolves behind the shock in detailed modeling of radio relics.
Mode interactions at Unstable fluid interfaces induced by a shock wave (Richtmyer-Meshkov Instability) are studied both analytically and numerically. The analytical approach is based on a potential flow model with source singularities in incompressible fluids of infinite density ratio. The potential flow model shows that a single bubble has a decaying growth rates at late time and an asymptotic constant radius. Bubble interactions, bubbles of different radii propagates with different velocities and the leading bubbles grow in size at the expense of their neighboring bubbles, are predicted by the potential flow model. This phenomenon is validated by full numerical simulations of the Richtmyer-Meshkov instability in compressible fluids for initial multi-frequency perturbations on the unstable interface.
Kim, Jung-Yeob;Jung, Jae-Min;Kim, Jae-Hwan;Choi, Seung-Bok;Kim, Kyung-Su
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.612-618
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2000
The underwater explosion which has the high energy brings about the shock wave and the pulsating gas bubble. In general, structural vibration from the shock wave is more serious than the pulsating gas bubble. This shock wave may damage the important fragile structures and equipment in ship. This paper demonstrates that the shock wave propagating the structure can be reduced by ER inserts. The wave transmission of ER inserted beam is theoretically derived using Mead & Markus model, and the theoretical results are composed with the finite element analysis results. To experimentally verify the ER insert, ER insert in an aluminum plate is made and two piezoceramic disks are used as transmitter and receiver. Details of the experiment are addressed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.6
s.144
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pp.637-643
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2005
A new novel Whipping Factor is proposed as a measure of the ship damage potential due to an underwater explosion bubble pulse. The factor was derived from the relationships among the charge weight, its depth and the fluid acceleration due to pulsating gas bubble. From the whipping response analyses for three uniform Timoshenko beams with similar characteristics of real naval surface ships, we have confirmed the maximum bending moment responses of beams due to whipping are almost same if the applied whipping factor is constant regardless of the charge weights and depths, which could validate the proposed whipping factor.
Kim, Hyeongjun;Choi, Gulgi;Na, Yangsub;Park, Kyung Hoon;Chung, Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.5
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pp.439-446
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2017
This paper deals with an experimental study of the dynamics of an underwater bubbles and shock waves, generated by rapid underwater release of highly compressed gas. Aribag inflators, which are used for automobile's airbag system, are used to generate the extremely-rapid underwater gas release. Experimental studies of the complex underwater bubble dynamics as well as underwater shock wave were carried out in a specifically designed cylindrical water tank. The water tank is equipped with a high-speed camera and pressure sensors. The high-speed camera was used to capture the expansion and collapse of the gas bubble created by inflators, while pressure sensors was used to measure the underwater shock propagation and magnitudes. The experimental results were compared against the results of explosion of pentolite explosive. Several physical phenomena that has been observed and discussed, which are different from the explosive underwater explosion.
A compressible multiphase flow was investigated using a DIM consisting of seven equations, including the fifth-order MLP and a modified HLLC Riemann solver to achieve a precise interface structure of liquid and gas. The numerical methods were verified by comparing the flow structures of the high-pressure water and low-pressure air in the shock tube. A 2D air-helium shock-bubble interaction at the incident shock wave condition (Mach number 1.22) was numerically solved and verified using the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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