Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.1
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pp.116-124
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2002
The bubble model by Keller and Prosperetti is adapted to solve the nonlinear oscillation of a gas bubble. This formulation leads to accurate results since it introduces the energy equation instead of the polytropic assumption for the bubble interior. The numerical method used in this study is stable enough to handle large amplitude of bubble oscillation. The numerical results show some interesting nonlinear phenomena fur the bubble oscillator. The excitation changes the natural frequency of the bubble and makes some harmonic resonances at $f/f_0=1/2, 1/3$ and so on. The natural frequency of a bubble oscillator decreases compared with the linear case result, which means that the nonlinear bubble oscillation system is a "softening"system. In addition, the frequency response curve jumps up or down at a certain frequency. It is also found that there exist multi-valued regions in the frequency response curve depending on the initial conditions of bubble. The dependency of the bubble motion on the initial condition can generate extremely large pressure and temperature which might be the cause of the acoustic cavitation and the sonoluminescence.inescence.
Measurements of bubble size and distribution in the surface layer of the sea, wind speed, and variation of ocean environments were made continually over a four-day period in an experiment conducted in the South Sea of Korea during 17-20 September 2007. Theoretical background of bubble population model indicates that bubble population is a function of the depth, range and wind speed and bubble effects on sound speed shows that sound speed varies with frequency. Observational evidence exhibited that the middle size bubble population fit the model very well, however, smaller ones can not follow the model probably due to their short lifetime. Meanwhile, there is also a hysteresis effect of void fraction. Observational evidence also indicates that strong changes in sound speed are produced by the presence of swarms of micro bubbles especially from 7 kHz to 50 kHz, and calculation results are consistent with the measured data in the high frequency band, but inconsistent in the low frequency band. Based on the measurements of the sound speed and high frequency transmission configuration in the bubble layer, we present an estimation of underwater acoustic channel capacity in the bubble layer.
A numerical analysis is carried out for the nonlinear phenomena of the bubble oscillator. The model is based on the Keller's formulation for the bubble dynamics. Interpretation of the bubble interior is based on the formulation by Prosperetti. His formulation adopts the energy equation for the analysis of the bubble interior. The numerical simulation Shows typical nonlinear phenomena in its frequency response. Among such nonlinear aspects are the jump phenomenon, the shift of natural frequency of the system, and the appearance of superharmonic resonances. It is deduced that the nonlinear frequency response is dependent upon the initial condition of the bubble oscillator and some multi-valued frequency region can appear in the response curve. Nonlinear phenomena appeared in the bubble oscillator is compared with those of the Duffing equation and it may be said that the bubble dynamic equation has similar nonlinear aspects to the Duffing equation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.11
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pp.1222-1230
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2009
A theoretical model was developed to compute the effect of a bubble layer in reducing the radiation noise generated by a force applied on an infinite flat plate considering the noise of multi-bubbles. Using the model, the effectiveness of a bubble layer in reducing the structure-borne noise of the plate was evaluated to consider various parameters such as the source noise levels, the thickness of bubble layers, the volume fractions and the frequency characteristics of bubbly fluids. Considering the noise of multi-bubbles, the actual reduction effect of radiation noise using a bubble layer was expected in cases of high source levels, high volume fractions of bubbles and large thickness of the bubble layer above the resonance frequency of the bubble layer. Accordingly, it is recommended that the thickness of a bubble layer, the source noise level and the characteristics of bubbly fluids should be optimized cautiously to maximize noise reduction effects.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.2
s.119
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pp.168-176
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2007
The mixture sound speed in bubbly fluids is highly dispersive due to differences of the density and compressibility between bubbles and fluids. The dispersion range in bubbly fluids expands to a higher frequency than the resonance frequency of an air bubble. A theoretical model was developed to compute the reduction of radiation noise that is generated by a force applied on an infinite flat plate using a bubble layer as a compliant baffle. For evaluating the effectiveness of a bubble layer in reducing the structure-borne noise of an infinite elastic plate, the noise reduction levels for various parameters such as the thickness of bubble layers, the volume fractions and the distribution types of bubbly fluids are calculated numerically. The noise reduction effect of an air bubble layer on an infinite flat plate is considerable level and similar to the tendency of dispersion of bubbly fluids. It is recommended that the thickness of a bubble layer should be increased with keeping an appropriate volume fraction of an air bubble for the most effective reduction of the radiation noise.
Three design parameters were considered in this study: outlet nozzle angle (30°, 60°, 80°), neck length (1 mm, 3 mm), and flow rate (0.5, 0.6, 0.7, 0.8 lpm). A neck diameter of 0.5 mm induced cavitation flow at a venture nozzle. A secondary transparent chamber was connected after ejection to increase bubble duration and shape visibility. The bubble size was estimated using a Gaussian kernel function to identify bubbles in the acquired images. Data on bubble size were used to obtain Sauter's mean diameter and probability density function to obtain specific bubble state conditions. The degree of bubble generation according to the bubble size was compared for each design variable. The bubble diameter increased as the flow rate increased. The frequency of bubble generation was highest around 20 ㎛. With the same neck length, the smaller the CV number, the larger the average bubble diameter. It is possible to increase the generation frequency of smaller bubbles by the cavitation method by changing the magnification angle and length of the neck. However, if the flow rate is too large, the average bubble diameter tends to increase, so an appropriate flow rate should be selected.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.3
s.258
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pp.248-255
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2007
Thermal bubble formation is a fundamental process in nucleate boiling heat transfer and many microelectromechanical thermal systems. One of the established facts is that heterogeneous nucleation is originated from vapors trapped inside cavities. Based on this, we performed an experimental study on the formation of thermal bubbles from microcavity fabricated by microfabrication technology on a copper plate. The cavity was filled with aluminum particles to enhance thermal bubble formation. We observed the thermal bubble behaviors, such as bubble incipience, diameter, frequency and coalescence during nucleate boiling. The experimental data showed that the superheat required to trigger the bubble formation was significantly reduced when the cavity was filled with microparticles. We found that the initial increase of superheat led to the increase of both the departure diameter and frequency while the further increase of superheat caused multiple bubbles to coalesce resulting in the decrease of departure frequency.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.4
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pp.268-273
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2003
In the present study, the characteristics of upward bubble flow were experimentally investigated in a liquid bath. An electro-conductivity probe was used to measure local volume fraction and bubble frequency. Since the gas is concentrated at the near nozzle, the flow parameters are high near the nozzle. In general their axial and radial values tended to decrease with increasing distance. For visualization of flow characteristics, a Particle Image Velocimetry (P.I..V) and a thermo-vision camera were used in the present study. The experimental results show that heat transfer from bubble surface to water is largely completed within z=10mm from the nozzle, and then the temperature of bubble surface reaches that of water rapidly. Due to the centrifugal force, the flow was more developed near the wall than at bubble-water plume. Vortex flow in the bottom region was relatively weaker than that in the upper region.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.13
no.1
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pp.44-50
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2005
In the present study, the characteristics of upward bubble flow were experimentally investigated in a liquid bath. An electro-conductivity probe was used to measure local volume fraction and bubble frequency. Since the gas was concentrated at the near the nozzle, the flow parameters were high near the nozzle. In general their axial and radial values tended to decrease with increasing distance. For visualization of flow characteristics, a Particle Image Velocimetry (PIV) and a thermo-vision camera were used in the present study. The experimental results showed that heat transfer from bubble surface to water was largely completed within z = 10 mm from the nozzle, and then the temperature of bubble surface reached that of water rapidly. Due to the centrifugal force, the flow was more developed near the wall than at bubble-water plume. Vortex flow in the bottom region was relatively weaker than that in the upper region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.775-786
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1992
Studies are made of the turbulent separation bubble in a two-dimensional semi-infinite blunt plate aligned to a uniform free stream when the oncoming free stream contains a pulsating component. The discrete-vortex method is applied to simulate this flow situations because this approach is effective to represent the unsteady motions of turbulent shear layer and the effect of viscosity near the solid surface. The two key external paramenters in the free stream, i.e., the amplitude of pulsation, A, and the frequency parameter St[=fH/ $U_{1}$], are dealt with in the present numerical computations, A particular frequency gives a minimum reattachment which is related to the drag reduction and the most effective frequency is dependent on the most amplified shedding frequency. The turbulent flow structure is scrutinized. A comparison between the unperturbed flow and the perturbed at the particular frequency of the minimum reattachment length of the separation bubble suggests that the large-scale structure is associated with the shedding frequency and the flow instabilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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