When a shock wave is discharged from the exit of a duct, complicated flow is formed near the duct exit. The flow field is much more complicated under the ground effects or any other objects near the exit of a duct, such as the circumstance near the exit of the high-speed railway tunnel. The resulting flow is essentially three-dimensional unsteady with the effects of strong compressibility. In the current study, three-dimensional flow fields of the weak shock wave which is discharged from the exit of a duct are numerically investigated using a CFD method. Computations are performed for the weak shock wave in the range below 1.5. The results obtained show that the directivity and magnitude of the weak shock discharged strongly depend upon the Mach number of initial shock wave and are significantly influenced by the ground effects.
The present study addresses the open end correction associated with the reflection and discharge phenomena of a weak shock wave from an open end of a duct. The open end correction of the weak shock wave is investigated experimentally and by numerical computation. An experiment is made using a simple shock tube with an open end, and computation is performed to simulate the experimental flow field using the unsteady, axisymmetric, compressible, flow governing equations. The results obtained show that an open end correction should be involved for shock wave discharge and reflection problems generated from the exit of the duct with an open end baffle plate. With a baffle plate less than three times the duct diameter, it is found that the open end correction is a function of both the diameter of the baffle plate and normal shock wave magnitude. However, for a baffle plate larger than three times the duct diameter, it is independent of the baffle plate diameter. The present computations predict the results of shock tube experiment with good accuracy. A new empirical equation for prediction of the open end correction is found for the weak shock reflection and discharge phenomena occurring at the open end of the duct with and without a baffle plate.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.11
no.7
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pp.239-246
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2001
The present study addresses the open correction associated with the reflection and discharge phenomena of a weak shock wave from an open end of a duct. The open correction of the weak shock wave is investigated experimentally and by numerical computation. An experiment is made using a simple shock tube with an open end. and computaion is performed to simulate the experimental flow field using the unsteady, axisymmetric compressible. flow governing equations. The results obtained show the an open correction should be involved for shock wave discharge and reflection problems generated from the exit of the duct with an open baffle plate. With a baffle plate less than three times the duct diameter, it is found that the open end correction is a function of both the diameter of the baffle plate and normal shock wave magnitude However, for a baffle plate larger than three the duct diameter it is independent of the baffle plate diametre, The present computations predict the results of shock tube experiment with good accuracy. A new empirical equation for prediction of the open correction is found for the weak shock reflection and discharge phenomena occurring at the open of the duct with and without a baffle plate.
In this paper, we presented the exact Riemann solver for the air-water two-phase shock tube problems where the strength of the propagated sock wave is moderately weak. The shock tube has a diaphragm in the middle which separates water medium in the left and air medium in the right. By rupturing the diaphragm, various waves such as rarefaction wave, shock wave and contact discontinuity are propagated into water and air. Both fluids are treated as compressible, with the linearized equations of state. We used the isentropic relations for the air and water assuming a weak shock wave. We solved the shock tube problem considering a high pressure in the water and a low pressure in the air. The numerical results cleary showed a left-traveling rarefaction wave in the water, a right-traveling shock wave in the air, and the right-traveling material interface.
Kang Ho-Keun;Ro Ki-Deok;Son Kang-Pil;Choi Min-Sun;Lee Young-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.557-560
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2002
In this study, simulation of weak shock waves are peformed by a two-dimensional thermal fluid or compressible fluid model of the lattice Boltzmann method. The shock wave represents an abrupt change in fluids properties, in which finite variations in pressure, internal energies, and density occur over the shock thickness. The characteristics of the proposed model with a simple distribution function is verified by calculation of the sound speeds, and the shock tube problem. The reflection of a weak shock wave by wedge propagating in a channel is performed. The results agree well with those by finite difference method or by experiment. In the simulation of unsteady shock wave diffraction around a sharp corner, we show a flow field of vortical structure near the comer.
The Impingement of a weak shock wave discharged from the open end of a shock tube upon a flat plate was investigated using shock tube experiments and numerical simulations. Harten-Yee Total Variation Diminishing method was used to solve axisymmetric, unsteady, compressible flow governing equations. Computations predicted the experimented results with a good accuracy. The peak pressure on the flat plate was not strongly dependent of the shock wave Mach number in the present range of Mach Number from 1.05 to 1.20. The distance between the plate and shock tube was changed to investigate the effect on the peak pressure. From both the results of experiments and computations we obtained a good empirical equation to predict the peak pressure on the flat plate.
Two-phase flow of liquid and gas through pipe lines are frequently encountered in nuclear power plant or industrial facility. Pressure waves which can be generated by a valve operation or any other cause in pipe lines propagate through the two-phase flow, often leading to severe noise and vibration problems or fatigue failure of pipe line system. It is of practical importance to predict the propagation characteristics of the pressure waves for the safety design for the pipe line. In the present study, a theoretical analysis is performed to understand the propagation characteristics of a weak shock wave in a bubbly flow. A wave equation is developed using a small perturbation method to analyze the weak shock wave through a bubbly flow with comparably low void fractions. It is known that the elasticity of pipe and void fraction significantly affect the propagation speed of shock wave, but the frequency of relaxation oscillation which is generated behind the shock wave is not strongly influenced by the elasticity of pipe. The present analytical results are in close agreement with existing experimental data.
This paper depicts the weak shock wave propagating inside some kinds of pipe bends. Computational work is to solve the two-dimensional, compressible, unsteady Euler Equations. The second-order TVD scheme is employed to discretize the governing equations. For the computations, the incident normal shock wave is assumed at the entrance of the pipe bend, and its Mach number is changed between 1.1 and 1.7. The turning angle and radius of the curvature of the pipe bend are changed to investigate the effects on the shock wave structure. The present computational results clearly show the shock wave reflection and diffraction occurring in the pipe bend. In particular, the vortex generation, which occurs at the edge of the bend, and its shedding mechanism are discussed in details.
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.
The present study addresses a computational work of the weak shock wave propagatings inside a silencer system of automobile exhaust pipe. Four different types of the silencer systems and the initial shock wave Mach number $M_s$ of $1.01\sim1.30$ are applied to investigate their effects on the noise reduction and the flow field in a silencer system. The results obtained from the present computational work are compared with the experimental results. The second order total variation diminishing (TVD) scheme is employed to solve the two dimensional, compressible, unsteady, Euler equations. The present computational results predict the experimental results with a quite good accuracy. Of the four silencer systems applied, the most desirable silencer system to reduce the peak pressure at the exit of the exhaust pipe is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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