Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.2
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pp.107-112
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2011
The aim of this study is to analyze the hydrodynamic properties of a 2D floating body with moon pool using a 2D fully nonlinear Numerical Wave Tank(NWT). This NWT was developed based on the Boundary Element Method(BEM) with potential theory and fully nonlinear free surface boundary conditions. Free surface elevations in the moon pool were calculated in the time domain for various frequencies of forced body motions. The added-mass and damping coefficients of the heaving body were also obtained. The present numerical results were compared with the analytic and experimental results and their accuracy was verified.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.6
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pp.598-612
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2017
The recently developed Harmonic Polynomial Cell (HPC) method has been proved to be a promising choice for solving potential-flow Boundary Value Problem (BVP). In this paper, a flux method is proposed to consistently deal with the Neumann boundary condition of the original HPC method and enhance the accuracy. Moreover, fixed mesh algorithm with free surface immersed is developed to improve the computational efficiency. Finally, a two dimensional (2D) multi-block strategy coupling boundary-fitted mesh and fixed mesh is proposed. It limits the computational costs and preserves the accuracy. A fully nonlinear 2D numerical wave tank is developed using the improved HPC method as a verification.
In this study, the wave profiles and kinematics of highly nonlinear waves at various water depths were calculated using a 2D fully nonlinear Numerical Wave Tank (NWT). The NWT was developed based on the Boundary Element Method (BEM) with the potential theory and the mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) time marching scheme by 4th-order Runge-Kutta time integration. The spatial variation of intermediate-depth waves along the direction of wave propagation was caused by the unintended generation of 2nd-order free waves, which were originally investigated both theoretically and experimentally by Goda (1998). These free waves were induced by the mismatch between the linear motion of wave maker and nonlinear displacement of water particles adjacent to the maker. When the 2nd-order wave maker motion was applied, the spatial modulation of the waves caused by the free waves was not observed. The respective magnitudes of the nonlinear wave components for various water depths were compared. It was found that the high-order wave components greatly increase as the water depth decreases. The wave kinematics at various locations were calculated and compared with the linear and the Stokes 2nd-order theories.
Zullah, Mohammed Aisd;Choi, Young-Do;Kim, Kyu-Han;Lee, Young-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.11a
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pp.600-605
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2009
A general purpose viscous flow solver Ansys CFX is used to study a Savonius type wave energy converter in a 3D numerical viscous wave tank. This paper presents the results of a computational fluid dynamics (CFD) analysis of the effect of blade configuration on the performance of 3 bladed Savonius rotors for wave energy extraction. A piston-type wave generator was incorporated in the computational domain to generate the desired incident waves. A complete OWC system with a 3-bladed Savonius rotor was modeled in a three dimensional numerical wave tank and the hydrodynamic conversion efficiency was estimated. The flow over the rotors is assumed to be two-dimensional (2D), viscous, turbulent and unsteady. The CFX code is used with a solver of the coupled conservation equations of mass, momentum and energy, with an implicit time scheme and with the adoption of the hexahedral mesh and the moving mesh techniques in areas of moving surfaces. Turbulence is modeled with the k.e model. Simulations were carried out simultaneously for the rotor angle and the helical twist. The results indicate that the developed models are suitable to analyze the water flows both in the chamber and in the turbine. For the turbine, the numerical results of torque were compared for all the cases.
For decades, solitary waves have commonly been used to simulate tsunami conditions in numerical studies. However, the main component of a tsunami waveform acts at completely different spatial and temporal distributions than a solitary waveform. Thus, this study applied a 2-D numerical wave tank that included a non-reflected tsunami generation system based on Navier-Stokes equations (LES-WASS-2D) to directly simulate the run-up of a tsunami-like solitary wave on a slope. First, the waveform and velocity due to the virtual depth factor were applied to the numerical wave tank to generate a tsunami, which made it possible to generate the wide waveform of a tsunami, which was not reproduced with the existing solitary wave approximation theory. Then, to validate the applied numerical model, the validity and effectiveness of the numerical wave tank were verified by comparing the results with the results of a laboratory experiment on a tsunami run-up on a smooth impermeable 1:19.85 slope. Using the numerical results, the run-up characteristics due to a tsunami-like solitary wave on an impermeable slope were also discussed in relation to the volume ratio. The maximum run-up heights increased with the ratio of the tsunami waveform. Therefore, the tsunami run-up is highly likely to be underestimated compared to a real tsunami if the solitary wave of the approximation theory is applied in a tsunami simulation in a coastal region.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.2
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pp.1-9
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2001
Based on the linear potential theory with the side wall reflection. the directional spectrum waves are numerically simulated by a source distribution method and these together with long-crested irregular waves are also generated at the towing tank of Pusan National University by considering the transfer function of the wave maker obtained from the regular waves. In the numerical simulation, the characteristics of the directional spreading function are investigated by changing the breadth of the wave-maker unit. the width of the towing tank and the wave period. In the experimental generation, the statistical properties and the power spectrums of the long-crested irregular and directional waves are compared along the towing tank length. The directional spreading functions are also investigated at various positions in the tank.
Recently Oscillating Water Column (OWC) plants have been widely employed in wave energy conversion applications. It is necessary to investigate the chamber and optimize its shape parameters for maximizing air flow and energy conversion due to wave conditions. A 2D numerical wave tank based on a Fluent and VOF model is developed to generate the incident waves and is validated by theoretical solutions. The oscillating water column motion in the chamber predicted by the numerical method is compared with the available experimental data. Several geometric scales of the chamber are calculated to investigate the effect of the shape parameters on the oscillating water column motion and wave energy conversion.
Overtopping Wave Energy Convertor (OWEC) is an offshore wave energy convertor, which comprises the circular ramp and reservoir. It collects the overtopped waves and converting water pressure head into electric power through the hydro-turbines installed in the vertical duct, which is fixed in the sea bed. The performance of OWEC can be represented by the operating water heads of the device, which depends on the amount of the wave water overtopping into the reservoir. In the present paper, the reservoir with the duct connecting to the sea water are studied in the 3D numerical wave tank, which has been developed based on the computational fluid dynamics software Fluent 6.3. Both the overtopping motion and the discharges of the reservoir are investigated together, and several shape parameters and incident wave conditions are varied to demonstrate their effects on the performance of OWEC.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2005.06a
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pp.22-30
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2005
Sloshing loads, produced by the violent liquid free-surface motions inside the cargo tank have become an important design parameter in ship building industry since there have been demands for the increased sizes of the cargo containment system of LNG carriers. In this study, sloshing impact pressure acting on the shell of the spherical cargo tank of an LNG carrier as well as dynamic pressure and flow behavior around the pump tower located at the center of the tank have been calculated. Comparative numerical sloshing simulations for a spherical LNG tank using 2-D LR.FLUIDS which is based on the finite difference method and 3-D MSC.DYTRAN which is capable of calculating nonlinear fluid-structure interaction have been carried out. A method of calculating sloshing-induced dynamic loads and the subsequent structural strength analysis for pump tower of a spherical LNG carrier using MSC. DYTRAN and MSC.NASTRAN have been presented.
In this paper, the performance of a wave absorbing system using an inclined punching plate, was investigated. Using the multi-domain boundary element method (BEM), the reflection coefficients of an inclined punching plate were tested with various design parameters, such as inclined angle, porosity, and wave frequencies. To confirm the numerical solutions, the systematic model test was conducted at 2-D tank and square tank. The numerical results were in good agreement with the experimental results within the entire frequency range. It was found that an inclined punching plate had an excellent wave absorbing efficiency, compared to a horizontal one. Also, the optimal range of an inclined angle had an excellent wave absorbing efficiency, compared to a horizontal one the optimal range of the inclined angle is 10°<β<20°. The developed wave absorber was installed at KRISO's square basin, and is working effectively for various model tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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