Experiments of shock wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer flow bleed on the interaction flow field in a straight tube. Two-dimensional slits were installed on the tube walls to bleed the turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled within the range of 11 per cent. The wall pressures were measured by the flush mounted transducers and Schlieren optical observations were made for almost all of the experiments. The results show that the boundary layer flow bleed reduces the multiple shock waves to a strong normal shock wave. For the design Mach number of 1.6, it was found that the normal shock wave at the position of the silt was resulted from the main flow choking due to the suction of the boundary layer flow.
The modes of oscillation and radiated acoustic fields of compressible flows over open cavities are investigated computationally. The compressible Navier-Stokes equations are solved for two-dimensional cavities with laminar boundary layers upstream. The high-order and high-resolution numerical schemes are used for the evaluation of spatial derivatives and the time integration. Physically correct numerical boundary conditions are implemented to produce time-accurate solutions in the whole computation domain. The computational domain is large enough to directly resolve a portion of the radiated acoutic field. The results show a transition from a shear layer mode, for shorter cavities and lower Mach numbers, to a wake mode for longer cavities and higher Mach numbers. The shear layer mode is well characterized by Rossiter modes and these oscillations lead to intense upstream acoustic radiation dominated by a single frequency. The wake mode is characterized instead by a large-scale vortex shedding. Acoustic radiation is more intense, with multiple frequencies present.
The effects of nonequilibrium condensation on the shock boundary layer interaction over a transonic bump model were investigated experimentally and numerically. An experiment was conducted using a supersonic indraft wind tunnel. A droplet growth equation was incorporated into two-dimensional Navier-Stokes equation systems. Computations were carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. Computation compared with the experimental results. Nonequilibirum condensation suppressed the boundary layer separation and the pressure fluctuations due to the shock boundary layer interaction. Especially the nonequilbrium condensation was helpful to suppress the high frequency components of the pressure fluctuations.
The effects of nonequilibrium condensation on the shock boundary layer interaction over a transonic bump model were investigated experimentally and numerically. An experiment was conducted using a supersonic indraft wind tunnel. A droplet growth equation was incorporated into two-dimensional Navier-Stokes equation systems. Computations were carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. Computations compared with the experimental results. Nonequilibirum condensation suppressed the boundary layer separation and the pressure fluctuations due to the shock boundary layer interaction. Especially the nonequilibrium condensation was helpful to suppress the high frequency components of the pressure fluctuations.
Nasihatgozar, M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Steel and Composite Structures
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제24권2호
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pp.151-176
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2017
This paper deals with general equations of motion for free vibration analysis response of thick three-layer doubly curved sandwich panels (DCSP) under simply supported boundary conditions (BCs) using higher order shear deformation theory. In this model, the face sheets are orthotropic laminated composite that follow the first order shear deformation theory (FSDT) based on Rissners-Mindlin (RM) kinematics field. The core is made of orthotropic material and its in-plane transverse displacements are modeled using the third order of the Taylor's series extension. It provides the potentiality for considering both compressible and incompressible cores. To find these equations and boundary conditions, Hamilton's principle is used. Also, the effect of trapezoidal shape factor for cross-section of curved panel element ($1{\pm}z/R$) is considered. The natural frequency parameters of DCSP are obtained using Galerkin Method. Convergence studies are performed with the appropriate formulas in general form for three-layer sandwich plate, cylindrical and spherical shells (both deep and shallow). The influences of core stiffness, ratio of core to face sheets thickness and radii of curvatures are investigated. Finally, for the first time, an optimum range for the core to face sheet stiffness ratio by considering the existence of in-plane stress which significantly affects the natural frequencies of DCSP are presented.
This paper treats an adaptive finite-element method for the viscous compressible flow governed by Navier-Stokes equations in two dimensions. The numerical algorithm is the two-step Taylor-Galerkin mettled using unstructured triangular grids. To increase accuracy and stability, combined moving node method and grid refinement method have been used for grid adaption. Validation of the present algorithm has been made by comparing the present computational results with the existing experimental data and other numerical solutions. Four benchmark problems are solved for demonstration of the present numerical approach. They include a subsonic flow over a flat plate, the Carter flat plate problem, a laminar shock-boundary layer interaction. and finally a laminar flow around NACA0012 airfoil at zero angle of attack and free stream Mach number of 0.85. The results indicates that the present adaptive triangular grid method is accurate and useful for laminar viscous flow calculations.
Large eddy simulation is used to investigate the compressible flow over a cavity with high aspect ratio. The sub-grid scale stresses are modeled using the dynamic model. The compressible Navier-Stokes equations are solved with the sixth order accurate compact finite difference scheme in the space and the 4th order Runge-Kutta scheme in the time. The buffer Bone techniques are used for non-reflecting boundary conditions. The results show the shear layer oscillation over the cavity. The votical disturbances, the roll-up of vorticity, and impingement and scattering of vorticity at the downstream cavity edge can be seen in the shear layer. Several peaks for the resonant frequencies are found in the spectra of the vertical velocity at the center-line. The most energetic Peak near the downstream edge is different from that at the center part of the cavity The pressure has its minimum value in the vortex core inside the cavity, and becomes very high at the downstream face of the cavity. The variation of the model coefficient predicted by the dynamic model is quite large between 0 and 0.3. The model coefficient increases in the stream-wise evolution of the shear layer and sharply decreases near the wall due to the wall effect.
Experiments of normal shock wave/turbulent boundary layer interaction were conducted in a supersonic diffuser. The flow Mach number just upstream of the normal shock wave was in the range of 1.10 to 1.70 and Reynolds number based upon the turbulent boundary layer thickness was varied in the range of 2.2*10$^{[-994]}$ -4.4*10$^{[-994]}$ . The wall pressures in streamwise and spanwise directions were measured for two test cases, in which the turbulent boundary layer thickness incoming into the supersonic diffuser was changed. The results show that the interactions of normal shock wave with turbulent boundary layer in the supersonic diffuser can be divided into three patterns, i.e., transonic interaction, weak interaction and strong interaction, depending on Mach number. The weak interactions generate the post-shock expansion which its strength is strong as the Mach number increases and the strong interactions form the pseudo-shock waves. From the spanwise measurements of wall pressure, it is known that if the flow Mach number is low, the interacting flow fields essentially appear two-dimensional, but they have an apparent 3-dimensionality for the higher Mach numbers.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제7권2호
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pp.155-174
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2006
Parabolized stability equations for compressible flows in general curvilinear coordinate system are derived to deal with a broad range of transition prediction problems on complex geometry. A highly accurate finite difference PSE code has been developed using an implicit marching procedure. Compressible and incompressible flat plate flow stability under two-dimensional and three¬dimensional disturbances has been investigated to test the present code. Results of the present computation are found to be in good agreement with the multiple scale analysis and DNS data. Stability calculation results by the present PSE code for compressible boundary layer at Mach numbers ranging from 0.02 to 1.5 are also presented and are again seen to be as accurate as the spectral method.
Very frequently the compressible flow in an extinction nozzle of gas circuit breaker is simulated under no arc assumption, which can be reasonable for both high and low current breakings. In the present study, computations are performed to investigate the major features of the compressible flows inside the arc extinction nozzle of gas circuit breaker. A fully implicit finite volume scheme is applied to solve the two-dimensional, steady, compressible, Wavier-Stokes equations. The computed results are validated with the previous experimental data available. Several types of turbulence models are explored to reasonably predict the complicated flows inside the arc extinction nozzle. The obtained results show that the shock wave boundary layer interaction inside the nozzle significantly influences the whole performance of the gas breaker.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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