Modeling of afterburning from the particle hydrodynamics of explosive product interface motion

Fedir V. Sirotkin,여재익 대한기계학회 2014 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.28 No.11

The detonation of metalized high explosives (HE) generates a complex multiphase flow field. The detailed modeling of this processrequires knowledge of the metal particle reaction rate and properties of the mixing layers. Two-dimensional compressible flow model isused to describe radial distribution of the HE product dispersal. The explosive radial expansion of HE products is strongly characterizedby developing instabilities at the contact interface (CI) between the HE products and the air. The instability is influenced by variousmechanisms which include classical Rayleigh-Taylor (RT) and Richtmyer - Meshkov (RM) effects. For the given radial distribution ofHE products, the simplified afterburning model is applied. Three cases considered are: (1) instantaneous release of the explosion energyrequiring no afterburning; (2) delayed energy release involving 50% of the energy associated with afterburning process which is distributeduniformly and steadily within the fireball; (3) energy release confined within the mixing zone only. We show that the peak pressurefor the first shock decreases while it increases for the second shock when afterburning is included. The total energy release over a longertime in general increases the peak value of the impulse, which is defined as the area under the pressure-time curve, at a given distance. The afterburning reduces the rate of decay of the shock pressure, increases the local gas temperature, and hence increases the velocity ofthe secondary shock front. The amplification of the impulse and the secondary shock peak pressure is higher when the afterburning energyis released within the mixing layer rather than uniformly across the fireball radius.

Mass-Loss Rate in Short-Period Cataclysmic Variables

Fedir V. Sirotkin,Woong-Tae Kim 한국천문학회 2010 天文學會報 Vol.35 No.1

Application of the Modified Reactive SPH Method for Simulating Explosions

Fedir V. Sirotkin,Jai-ick Yoh 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian method widely used for the modeling fluid flows. Simulations of explosions require, besides the hydrodynamic equations, a realistic equation of state, an energy source term, and a set of chemical kinetic equations to follow the composition changes of the gas during the explosion. The performance of the hydrodynamic equations is investigated in the framework of the Sedov-Taylor blast-wave. The implementation of chemical kinetic equations and equation of state is studied with 1D detonation of TNT slab. Our results are compared to those from analytical and experimental studies.

Effect of Tidal and Rotational Distortions on the Minimal Period of Cataclysmic Variables

Fedir V. Sirotkin,Woong-Tae Kim 한국천문학회 2009 天文學會報 Vol.34 No.2

INTERNAL STRUCTURE AND APSIDAL MOTIONS OF POLYTROPIC STARS IN CLOSE BINARIES

Sirotkin, Fedir V.,Kim, Woong-Tae IOP Publishing 2009 The Astrophysical journal Vol.698 No.1

액체-액체 동축형 스월 인젝터의 수치적 모사를 위한 SPH 코드 개발 및 검증

김유천,Fedir V. Sirotkin.,여재익 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

액체 로켓 엔진에서 연료와 산화제는 인젝터를 통해 연소실로 분사된다. 이 과정에서 분무현상은 매우 다양한 물리적 변수와 실험적 조건들에 의해 영향을 받기 때문에 실제 실험만으로 모든 분무특성을 파악하기 에는 어려움이 존재한다. 따라서 수치적 시뮬레이션을 통한 인젝터의 분무특성 연구는 실제 분무특성 연구에 큰 도움을 줄 수 있다. 지금까지 인젝터의 수치적 시뮬레이션은 대부분 Eulerian 기법의 바탕위에서 이루어져왔다. 그러나 액체제트의 미립화현상과 복잡한 공기와의 경계면 변화를 나타내는데 있어 기존의 기법들이 갖는 선천적인 단점이 존재하며 따라서 본 연구에서는 새로운 Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH) 라는 파티클 기법을 도입하였다. 수치적 시뮬레이션을 위해 먼저 해석을 위한 SPH 코드를 개발하였으며 본 논문에서는 인젝터 문제를 정확하게 나타내는데 있어 필수적인 알고리즘중 하나인 다상유동모사에 대한 검증문제가 제시 되어 있다. 마지막으로 다양한 인젝터 종류 중 하나인 액체-액체 동축형 스월 인젝터에 대한 시뮬레이션이 수행되었으며 실제실험과의 비교를 진행하였다. In the aircraft and rocket engine combustors, fuel and oxidizer are injected as liquid jets and become atomized. The jet atomization is important since it strongly influences combustion efficiency and combustion instability. However, atomization of liquid jet is a physical phenomenon which is too complex to understand through the experiment alone. The state-of-the-art numerical methods can provide additional information about the complex jet atomization problem. Most jet spray and atomization simulations are done with Eulerian method which has inherent disadvantage in representing jet breakups and droplets. A more phenomenologically natural method which is based on the full Lagrangian particles called SPH is used in this work. We develop the SPH code and perform validations that confirm the suitability of our SPH method for simulating liquid jet atomization problem. Then, we conduct the simulation of liquid-liquid swirl coaxial injector for comparison against the experimental data.

액체제트 미립화 현상의 SPH 를 사용한 수치적 해석과 SPH 코드의 검증

김유천,Fedir V. Sirotkin,여재익 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

항공기, 로켓 엔진에서 연료와 산화제는 액체제트 형태로 분사되며 액체제트는 미립화 되면서 서로 혼합되고 기화되어 연소과정에 이르게 된다. 이러한 일련의 과정에서 액체제트의 미립화는 연소효율과 연소 불안정성 등에 큰 영향을 끼치게 된다. 그러나 액체제트의 미립화는 매우 다양한 물리적 변수의 영향을 받게 되며 따라서 물리적 현상의 모든 특성을 실제 실험으로서 파악하기에는 어려움이 존재한다. 따라서 수치적 실험을 통한 자료의 제공은 실제실험과 더 나아가 엔진의 개발에 있어서도 큰 도움을 줄 수 있다. 지금까지 액체제트 미립화의 수치적 실험은 대부분 Eulerian 기법을 바탕으로 이루어져왔다. 그러나 액체제트 미립화의 물리적 현상을 표현하는 데 있어 이러한 기존의 기법이 선천적으로 갖는 단점이 존재하며, 따라서 본 논문에서는 미립화 현상 묘사를 위한 Smooth Particle Hydrodynamics(SPH)라는 비교적 새로운 수치적 기법을 적용하였다. 본 논문에서는 SPH 코드의 액체제트 미립화 묘사를 위한 타당성을 증명하는 검증 문제와, 액체제트 미립화에 대한 수치적 실험결과를 제시하였다. In aircraft and rocket engines, fuel and oxidizer are injected as liquid jets and become atomized. The jet atomization is important since combustion efficiency and combustion instability are strongly influenced. However, atomization of liquid jet is a physical phenomenon too complex to understand through the experiment alone. The state-of-the art numerical methods can provide additional information about the complex jet atomization problem. Most jet spray and atomization simulations are done with the Eulerian approach which has inherent disadvantage in representing jet breakups and droplets. A more phenomenologically natural method based on the full Lagrangian particles called SPH are used in this work. We perform validations that confirm the suitability of our SPH method for simulating liquid jet atomization problem.

A Semi-empirical Mass-loss Rate in Short-period CVs

Woong-Tae Kim,Fedir V. Sirotkin 한국천문학회 2010 天文學會報 Vol.35 No.2

액체-액체 동축형 스월 인젝터의 수치적 모사를 위한 SPH 코드 개발 및 검증

김유천(You-Cheon Kim),Fedir V. Sirotkin,여재익(Jai-ick Yoh) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.1

지금까지 인젝터의 수치적 시뮬레이션은 대부분 Eulerian 기법의 바탕위에서 이루어져 왔다. 그러나 액체제트의 미립화현상과 복잡한 공기와의 경계면 변화를 나타내는데 있어 기존의 기법들이 갖는 선천적인 단점이 존재하며 따라서 본 연구에서는 새로운 Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)라는 입자 기법을 도입하였다. 수치적 시뮬레이션을 위해 먼저 해석을 위한 SPH 코드를 개발하였으며 본 논문에서는 인젝터 문제를 정확하게 나타내는데 있어 필수적인 알고리즘중 하나인 다상유동모사에 대한 검증문제가 제시 되어 있다. 마지막으로 다양한 인젝터 종류 중 하나인 액체-액체 동축형 스월 인젝터에 대한 시뮬레이션이 수행되었으며 실제실험과의 비교를 진행하였다. Most jet spray and atomization simulations are done with the Eulerian method which has inherent disadvantage in representing jet breakups and droplets. Full Lagrangian particles method called Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH) is used in this work. We develop the SPH code and perform validations that confirm the suitability of our SPH method for simulating liquid jet atomization problem. Then, we conduct the simulation of liquid-liquid swirl coaxial injector for comparison against the experimental data.

Er:YAG laser pulse for small-dose splashback-free microjet transdermal drug delivery.

Park, Mi-ae,Jang, Hun-jae,Sirotkin, Fedir V,Yoh, Jack J Optical Society of America 2012 Optics letters Vol.37 No.18

<P>The microjet injector system accelerates drugs and delivers them without a needle, which is shown to overcome the weaknesses of existing jet injectors. A significant increase in the delivered dose of drugs is reported with multiple pulses of laser beam at lower laser energy than was previously used in a Nd:YAG system. The new injection scheme uses the beam wavelength best absorbable by water at a longer pulse mode for elongated microjet penetration into a skin target. A 2.9 mu m Er:YAG laser at 250 mu s pulse duration is used for fluorescent staining of guinea pig skin and for injection controllability study. Hydrodynamic theory confirms the nozzle exit jet velocity obtained by the present microjet system. (C) 2012 Optical Society of America</P>