When a plane shockwave reflects ken a concave wall, it is focused at a certain location, resulting in extremely high local pressure and temperature. This focusing is due to a nonlinear phenomenon of shock wave. The focusing phenomenon has been extensively applied to many diverse folds of engineering and medical treatment as well. In the current study, the focusing of shock wave over a reflector is numerically investigated using a CFD method. The Harten-Yee total variation diminishing (TVD) scheme is used to solve the unsteady, two-dimensional, compressible, Euler equations. The incident shock wave Mach number $M_{s}\;of\;1.1{\~}l.3$ is applied to the parabolic reflectors with several different depths. Detailed focusing characteristics of the shock wave are investigated in terms of peak pressure, gasdynamic and geometrical foci. The results obtained are compared with the previous experimental results. The results obtained show that the peak pressure of shock wave focusing and its location strongly depend on the magnitude of the incident shock wave and depth of parabolic reflector. It is also found that depending up on the depth of parabolic reflector, the weak shock wave focusing process can classified into three distinct patterns : the reflected shock waves do not intersect each other before and after focusing, the reflected shock waves do not intersect each other before focusing, but intersect after focusing, and the reflected shock waves intersect each other before and after focusing. The predicted Schlieren images represent the measured shock wave focusing with a good accuracy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.3
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pp.612-623
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1994
Shock-wave focusing from a two-dimensional parabolic reflector was simulated using an explicit finite volume upwind TVD scheme. Computations were performed for three different incident shock speeds of $M_s$ = 1.1, 1.2 and 1.3, corresponding to the relatively weak, intermediate, and strong shock waves, respectively. Numerical solutions nicely resolved all the waves evolving through the focusing process. As the incident shock strength increase, a transition was observed in the shock-fronts geometry that was caused by the change in the reflection type of converging shock fronts on the axis of symmetry, from regular-type to Mach-type reflection. The computed maximum on-axis pressure amplification and the trajectories of three-wave intersections showed good agreement with experimental results. The strong nonlinear effect near the focal region which determines the shock-fronts geometries at and behind the focus and at the same time confines the pressure amplification at the focus was clearly revealed from the present numerical simulation.
Lee, Y.K.;Gweon, Y.H.;Shin, H.D.;Kim, H.D.;AOKI, T.
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.1643-1648
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2004
When a shock wave propagates into a Helmholtz resonator, very complicated wave phenomena are formed both inside and outside the resonator tube. Shock wave reflection, shock focusing phenomena and shock-vortex interactions cause strong pressure fluctuations inside the resonator, consequently leading to powerful sound emission. In the present study, the wave phenomena inside and outside the Helmholtz resonator are, in detail, investigated with a help of CFD. The Mach number of the incident shock wave is varied below 2.0 and several types of resonators are tested to investigate the influence of resonator geometry on the wave phenomena. A TVD scheme is employed to solve the axisymmetric, compressible, Euler equations. The results obtained show that the configuration of the Helmholtz resonator significantly affects the peak pressure of shock wave focusing, its location, the amplitude of the discharged wave and resonance frequency.
Shock focusing is related with explosive release of shock wave energy on a narrow spot in a short duration of time triggering a spontaneous high pressure near the focal point. It is well known that reflection of planar incident shock wave from the metallic concave mirror such as ellipsoidal, paraboloidal or hemispherical cavities will focus on a focal point. We intend to improve the computational results using a wave propagation algorithm and to resolve the mushroom-like structure. For computation of the concave cavity flow, it is not easy to use a single-block mesh because of the many singular points in geometry and coordinates. We have employed a uniform Cartesian-grid method for the wave propagation algorithm.
Shock-focusing concave reflectors can have parabolic, circular or elliptic cross-sections. They produce effectively a very high pressure at the focusing point. In the past, many optical images have been obtained on shock focusing via experiments. Measurement of field variables is, however, difficult in the experiment. Using the wave propagation algorithm and the Cartesian embedded boundary method, we have successfully obtained numerical Schlieren images that appear very much like the experimental results. In addition, we obtained the detailed field variables such as pressure, velocity, density and vorticity in the unsteady domain. The present numerical results have made it possible to understand the shock focusing phenomenon in more detail than before.
In this study, the shock wave focusing of an elliptic reflector is numerically simulated by solving the Euler equations. The numerical method is the second order upwind TVD scheme with a finite volume discretization. For the verification of the present method, we simulate the moving shock wave passing through a two-dimensional corner. The computed isopycnics are compared with the earlier experiment. Numerical results of the elliptic reflectors show that the density and pressure at the focusing point increase linearly as the aspect ratio of the reflector becomes deep. On the other hand, the gas dynamic focal length decreased with the increase of the reflector aspect ratio.
Moon, Sang Ho;Lee, Song;Kim, Kwang Hai;Jeong, Jongpil;Hong, Seong Won
The Journal of Korean Orthopaedic Ultrasound Society
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v.5
no.2
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pp.94-98
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2012
Calcific tendinitis is characterized by inflammation around calcium hydroxyapatite crystal deposits. Minimally invasive extracorporeal shock wave therapy (ESWT) has been postulated to be an effective treatment option for treating calcific tendinitis. In clinical practice, shock waves usually are aimed at the painful area after palpation and not focused. It has been known that exact fluoroscopic focusing of ESWT at the calcific deposit for treatment of calcifying tendinopathy is highly effective. Ultrasound is a simple, inexpensive and radiation-free diagnostic tool that has been used to demonstrate tendinopathy including calcific tendinitis. However, focusing of shock wave under ultrasound is less well established. We present a patient in whom large calcific tendinitis of gluteus medius was completely resolved by exact focusing of ESWT by ultrasound with literature review.
Choi, Min Joo;Jeon, Sung Joung;Kwon, Oh Bin;Lee, Min Young;Cho, Jin Sik;Kim, Han Soo;Maeng, Eun Ho
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.39
no.4
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pp.303-317
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2020
Extracorporeal Shock Wave Therapy (ESWT) is an innovative treatment in chronic musculoskeletal pain management and cardiovascular diseases. In this study, we surveyed the acoustic shock wave outputs from the domestically used focal type ESWT devices. The survey data were collected through 30 technical documents registered to the Ministry of Food and Drug Safety (MFDS), Rep. Korea. The results show that the focusing geometry varies largely, 5 mm to 65 mm in the focal length, 3 mm to 30 mm in focal width, and 4 mm to 108 mm in focal depth. The maximum positive pressure (P+) ranges from 7 MPa to 280 MPa, the focal Energy Flux Density (EFD) from 0.0035 mJ/㎟ to 35 mJ/㎟, and the energy per pulse (E) from 0.737 mJ to 80.86 mJ. All domestic PE-type (five) and one EM-type domestic devices included in the analysis of the correlation between P+ and EFD are shown to be far beyond the usual ranges and do not comply with expected correlation so that the reliability of their data was suspected. For the suspected, post-performance tests are required by a recognized testing agency. MFDS guidelines need to be revised so that the pass criteria for the shock wave acoustic outputs can be based on the clinical tests for indications.
Jong Min Kim;Oh Bin Kwon;Jin Sik Cho;Sung Joung Jeon;Ki Il Nam;Sung Yong Cho;Min Joo Choi
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.42
no.5
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pp.469-490
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2023
Survey was carried out on the acoustic outputs from 12 shock wave fields produced by the 10 extracorporeal shock wave lithotriptors whose technical documents are available, among the 33 devices approved by the Ministry of Food & Drug Safety (MFDS).The results show that the acoustic outputs (P+, P-, efd, and E), critical to the therapeutic efficacy and the patient safety, are largely different between the devices. The maximum values of P+, P-, efd, and E vary up to 2.08, 3.72, 3.89, and 15.98 times, respectively. The acoustic output parameters are not thoroughly provided in the technical documents, and some of data (eg. efd) are suspected to be abnormal outside usual ranges. The large device to device differences in the shock wave outputs are likely to undermine equivalence between the ESWL devices approved for the same indication. To verify the reliability of the data in the technical documents of the approved devices and to confirm if the acoustic outputs from the devices in clinical use are the same as those in their technical documents, an authorized test laboratory should be available. A postapproval monitoring led by the regulatory agency is suggested to maintain the acoustic outputs from the ESWL devices that suffer from degrading in performance due to aging.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.11a
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pp.327-330
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2006
Numerical study on the passive control of the oblique shock wave/turbulent boundary-layer interaction control utilizing slotted plates over a cavity has been carried out. Numerical results have been compared with the experimental observations, such as pitot/wall surface pressures and Schlieren flow visualizations, obtained for the same boundary conditions. It was found that the present numerical results shows a good agreement with experimental data. Further, the effect of different slot configurations including various number, location and angle of slots on the characteristics of the interactions are also tested, focusing on the variation of the piot pressure and the boundary-layer characteristics downstream of the interaction and the recirculating mass flux through cavity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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