Since a bubble in water is a highly nonlinear acoustic scatterer, the acoustic scattered waves from underwater bubbles show highly nonlinear acoustic properties. These acoustic scattered waves can be observed at the second or higher harmonics as well as at the fundamental primary frequency of incident acoustic wave. When two primary acoustic waves of different frequencies are incident on a bubble, the acoustic scattered waves can be also observed at the sum and the difference frequencies of the primary waves. In this study, when the two primary acoustic waves were incident on a bubble screen in water, we observed that the amplitude of difference frequency wave was amplified by the bubble nonlinearity and its directivity was oriented in the propagation directions of primary waves. The directivity of scattered difference frequency wave was analyzed as a coherent scattering for virtual source by using the directivity of the primary acoustic wave.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1999.05a
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pp.159-159
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1999
Application of the macro layer dryout model has been performed to predict CHF at inclined plates. For the identification of the detachment frequency of coalesced bubble, experiments have been performed with high-speed motion analyzer and bubble behaviors at inclined plates have been investigated. Based on the observed bubble behaviors, the detachment frequency of the coalesced bubble is measured and linear relations between detachment frequency and heat flux have been developed. In the case of 60$^{\circ}$ and 90$^{\circ}$ inclined plate, the detachment frequency decreases with the increase of heat flux. However, opposite trend has been identified in $30^{\circ}$ in-clined plate: the detachment frequency increases with the increase of heat flux. Using the cor- relation of macro layer thickness suggested by Haramura & Katto and the extrapolation of the identified linear relations, CHFs at different conditions have been predicted. According to the prediction results, CHF values are well predictable.
The paper looked into the effects of the spectral properties (waveform) of the high intensity focused ultrasound on suppression of the ultrasonic cavitation. Three different types of ultrasound were considered in the study, which were sinusoidal (1 MHz, 5 MPa), frequency modulated (from 1 MHz to 6 MHz for 10 ㎲, 5 MPa), asymmetrically shocked (fundamental frequency 1 MHz, peak positive pressure 12 MPa, peak negative pressure -4 MPa). The temporal response of an air bubble in water initially 1 ㎛ in radius to each type of the ultrasound was predicted using Gilmore bubble dynamic model and Church's rectified gas diffusion equation. It was shown that the radially pulsating amplitude of the bubble was greatly reduced for the frequency modulated wave and was little decreased for the shock wave, compared to the case that the bubble was exposed to the sinusoidal wave. It is interesting that the bubble response to the frequency modulated wave remains similar when the frequency component of the modulated ultrasound is beyond the bubble resonant frequency 3 MHz. This implies that, although the ultrasound is modulated up to 3MHz rather than up to the present 6 MHz, it is likely to produce similar cavitation suppression effects. In practice, it means that a typical narrow band ultrasonic transducer can be taken to generate an appropriate frequency modulated ultrasound to reduce cavitation activity. The present study indicates that ultrasonic cavitation may be suppressed to some extent by a proper spectral modification of high intensity ultrasound.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.4
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pp.227-236
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2016
In the present experimental study, the effect of gas- and liquid-injected methods on the formation of bubble and liquid slug at the merging micro T-junction of a square microchannel with dimensions $600{\mu}m{\times}600{\mu}m$ was investigated. Nitrogen and water were used as test fluids. The superficial velocities of the liquid and gas were in the range of 0.05 - 1 m/s, and 0.1 - 1 m/s, respectively, where the Taylor flow was observed. The bubble length, liquid slug length, bubble velocity, and bubble generation frequency were measured by analyzing the images captured using a high-speed camera. Under similar inlet superficial velocity conditions, in the case of gas injection to the main channel at the merging T-junction (T_gas-liquid), the lengths of the bubble and liquid slug were longer, and the bubble generation frequency was lower than in the case of liquid injection to the main channel at the merging T-junction (T_liquid-gas). On the other hand, in both cases, the bubble velocity was almost the same. The previous correlation proposed using experimental data for T_liquid-gas had predicted the present experimental data of bubble length, bubble velocity, liquid slug length, and bubble generation frequency for T_gas-liquid to be ~24%, ~9%, ~39%, ~55%, respectively.
Acoustic backscattering from a buble column in water was studied theoretically and experimentally. For theoretical analysis a general scattering theory was used by assuming the bubble column to be lumped element scatterer which can be characterized by its shape, void fraction and dimensions. When the void fraction is less than 1% and the incident frequency is higher than individual bubble resonance frequencies, the experimental results show that the acoustic backscattering from a bubble column depends mainly on the void fraction rather than the individual bubble sizes. It was also theoretically and experimentally observed that the acoustic backscattering levels were increased and their peaks moved to the lower frequency regin by raising the void fraction of bubble column.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.2
s.107
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pp.190-197
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2006
It is well known that the acoustic characteristics of the sea are significantly affected by bubbles which have their own inherent characteristics at the undersea. In this study, the shape and acoustic characteristics of air bubbles generated by an underwater nozzle are calculated numerically, and are measured with a high speed camera and a hydrophone at various air flow rates in the experimental apparatus. As a result of analysis, the shape calculated numerically well matched with measured values at low flow rates, but in case of relatively higher flow rates. the use of correction coefficient is needed for more accurate estimation of the bubble shape. And also the rising velocity of a single bubble is constant regardless of both the bubble size and the flow rate. and the acoustic signal generated when the bubble is produced by an underwater nozzle has the same characteristic of natural frequency of the bubble pulsation, and is agreed with Minnaert's equation if the correction coefficient is considered in accordance with the flow rate.
The structural development of air-water bubble plumes has been measured under different condition on air flow rate in a cylindrical bath. The time-averaged structure of plumes has been measured with an oscilloscope and an electro-conductivity probe. The temperature of bubbles was also obtained by a thermal-infrared camera. Gas volume fraction and bubble frequency were high since bubbles concentrated on the nozzle. In general, their axial and radial values tended to decrease with increasing distance. Bubble temperature reached water temperature within a short time. The present study showed that thermal equilibrium between bubbles and water was completed before bubbles flow became stable.
Bubble growth on microheater has been experimentally investigated in this study. The experiment was performed using platinum microheaters having dimensions of 300 ${\mu}m$ or 50 ${\mu}m$ in length, 20 ${\mu}m$ or 5 ${\mu}m$ in width, and $0.2{\pm}0.01$${\mu}m$ in thickness. A high speed video camera was used to observe bubble growth at 2,000 frames per second. Microheater temperature was measured at the rate of 300 Hz. with a data acquisition system. Bubble nucleation frequency increased with working fluid temperature. Although the slope of temperature drop was similar in all cases, the magnitude of temperature drop was different. The temperature profiles and the high speed camera images were combined to explain temperature drop.
An experimental study of the dynamic characteristics of the free rising oblate spherical bubble is investigated. As noted by Saffman, the characteristics of the spiral motion are defined with parameters of the spiral frequency, spiral radius, and rising velocity. High speed camera recorded every detail information of free rising bubble. The spiral number, the bubble rise velocity, and the angular velocities were measured for the bubble size between 1.0mm to 20.0mm in diameter. In order to make clear trajectory, we employed the Fast Fourier Transformation for the normal digital camera data to synchronize with the high speed camera data. It was found that the spiral number suggested here was monotonically decreased as the bubble size increases. The present observation, however tells us that previous Saffman's formulation shows a good agreement with the trend, but over estimated spiral number. Therefore, it is recommended that Saffman's theoretical study is needed to be improved.
This paper presents a theoretical study concerning multibubble dynamics in a sound field and the numerical validation for it by employing our new CFD code MTS-DiCUP. In recent papers, the author has shown theoretically that an unknown characteristic frequency, named 'transition frequency,' exists in a multibubble system. For a N -bubble case, up to 2N -1 transition frequencies per bubble have been predicted, only N ones of them correspond to the natural frequencies of the system. The transition frequencies that do not correspond to the natural frequencies give rise to the phase reversal of bubbles' pulsation without resonant response. In this paper, it has been suggested theoretically that those transition frequencies may cause the sign reversal of the secondary Bjerknes force, which is an interaction force acting between acoustically coupled gas bubbles. This theoretical result has been validated by the direct numerical simulation, at least in a qualitative sense.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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