A 2-D Fluent-based numerical wave tank(FBNWT) capable of simulating wave propagating and overtopping is presented. The FBNWT model is based on the Reynolds averaged Naiver-Stokes equations and VOF free surface tracking method. The piston wave maker system is realized by dynamic mesh technology(DMT) and user defined function(UDF). The non-iteration time advancement(NITA) PISO algorithm is employed for the velocity and pressure coupling. The FBNWT numerical solutions of linear wave propagation have been validated by analytical solutions. Several overtopping problems are simulated and the prediction results show good agreements with the experimental data, which demonstrates that the present model can be utilized in the corresponding analysis.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.11
no.1
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pp.35-41
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2008
Overtopping wave energy convertor is an offshore wave energy convertor for collecting the overtopping waves converting the water pressure head into electric power through the hydro turbines. This paper presents a numerical wave tank based on the commercial CFD code Fluent. The Reynolds Averaged Naiver-Stokes and VOF model is utilized to generate the 2D numerical linear propagating waves, which has been validated by the analytical solutions. Several incident wave conditions and shape parameters are calculated in the optimal designing investigation of the overtopping characteristics and discharge for the overtopping wave energy convertor.
This study aimed at validating the adopted numerical methods to solve two-phase flow around a two-dimensional (2D) rectangular floating structure in regular waves. A structure with a draft equal to one half of its height was hinged at the center of gravity and free to roll with waves that had the same period as the natural roll period of a rectangular barge. In order to simulate the 2D incompressible viscous two-phase flow in a wave tank with the rectangular barge, the present study used the volume of fluid (VOF) method based on the finite volume method with a standard turbulence model. In addition, the sliding mesh technique was used to handle the motion of the rectangular barge induced by the fluid-structure interaction. Consequently, the present results for the flow field and roll motion of the structure had good agreement with those of the relevant previous experiment.
In order to generate the stable tsunami in a numerical wave tank, a two-dimensional numerical model, LES-WASS-2D has been introduced the non-reflected wave generation system for various tsunami waveforms. And then, comparing to existing experimental results it is revealed that computed results of the LES-WASS-2D are in good agreement with the experimental results on spatial and temporal tsunami waveforms in the vicinity of a seawall. It is shown that the applied model in this study is applicable to the numerical simulations on tsunami overtopping and inundation. Using the numerical results, the characteristics of overtopping and inundation on a seawall are also discussed with volume ratio of tsunami and relative tsunami height. The wider the tsunami waveform, tsunami overtopping quantity and inundation distances are linearly increased. Therefore, the hydraulic characteristics is highly likely to be underestimated against the real tsunami if the solitary wave of approximation theory is applied for the overtopping/inundation simulations due to a tsunami.
Wave propagation in a three-dimensional (3D) fully nonlinear numerical wave tank (NWT) is studied based on velocity potential theory. The governing Laplace equation with fully nonlinear boundary conditions on the moving free surface is solved using the indirect desingularized boundary integral equation method (DBIEM). The fourth-order predictor-corrector Adams-Bashforth-Moulton scheme (ABM4) and mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method are used for the time-stepping integration of the free surface boundary conditions. A smoothing algorithm, B-spline, is applied to eliminate the possible saw-tooth instabilities. The artificial wave speed employed in MTF (multi-transmitting formula) approach is investigated for fully nonlinear wave problem. The numerical results from incorporating the damping zone (DZ), MTF and MTF coupled DZ (MTF+DZ) methods as radiation condition are compared with analytical solution. An effective MTF+DZ method is finally adopted to simulate the 3D linear wave, second-order wave and irregular wave propagation. It is shown that the MTF+DZ method can be used for simulating fully nonlinear wave propagation very efficiently.
In this study, we suggested the wave power generator using horizontal motions of the wave for use in the coastal sea. The length of the horizontal movement of the wave in the vicinity of the sea surface is larger than the length of the vertical reciprocating movement of the wave, hence the proposed device has a wave power transmission plate. In addition, because the motion of the wave is maximum to the sea surface, by arranging the buoyancy tanks at the top of the wave power transmission plate, it is always capable of vertical movement in accordance with the sea surface. To confirm the usefulness of the proposed wave power generator, we constructed a mathematical model of the wave power generator and carried out simulation using bondgraph. Furthermore, the efficiency was verified by measuring the degree of electrical energy production through a preliminary experiment.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.20
no.2
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pp.63-75
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2017
In offshore environment, an accurate estimation of a wave-structure interaction has been an important issue for safe and cost effective design of fixed and floating offshore structures exposed to a harsh environment. In this study, a wave-structure interaction around a circular column was investigated with regular waves. To simulate 3D two-phase flow, open source computational fluid dynamics libraries, called OpenFOAM, were used. Wave generation and absorption in the wave tank were activated by the relaxation method, which implemented in a source term. To validate the numerical methods, generated Stokes 2nd-order wave profiles were compared with the analytic solution with deep water condition. From the validation test, grid longitudinal and vertical sizes for wave length and amplitude were selected. The simulated wave run-up and wave loads on the circular column were studied and compared with existing experimental data.
Kim, Sung-Jae;Kwon, Jinseong;Kim, Jun-Dong;Koo, Weoncheol;Shin, Sungwon;Kim, Kyuhan
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.26
no.6
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pp.53-58
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2012
An experimental study on the hydrodynamic performance of a backward bent duct buoy (BBDB) was performed in a 2D wave tank. The BBDB is one of the promising oscillating water column (OWC) types of floating wave energy converters. Two different corner-shaped BBDBs (sharp-corner and round-corner) were used to measure the maximum chamber surface elevations and body motions for various incident wave conditions, and their hydrodynamic characteristics were compared. In order to investigate the effect of the pneumatic pressure inside the chamber, the heave and pitch angle interacted with elevations were compared for both open chamber and partially open chamber BBDBs. From the comparison study, the deviation in the chamber surface elevations between the two shapes of BBDBs was found to be significant near the resonance period, which may be explained by viscous energy loss. It was also found that the pneumatic pressure noticeably affected the chamber surface elevation and body motions.
Most of the studies on the hydraulic characteristics of wave-current interaction have used 2-D hydraulic experiments or 2-D numerical simulations. However, it is difficult to understand the wave-current interaction found in actual estuaries using these. Therefore, a numerical water tank was constructed in this study to perform simulations involving a 3-D river mouth. The result showed a change in the water surface at the river mouth from the wave-current interaction. With an increase in the ratio ($V_c/C_i$) between the river current and wave celerity, the wave height and mean water level of the river increased at the wave and current meeting point. A higher $V_c/C_i$ caused a stronger wave-current interaction and increased the turbulence kinetic energy. Thus, the wave height attenuation became larger by the wave-current interaction with a higher $V_c/C_i$. In addition, it was possible to understand the flow characteristics in the vicinity of the river mouth as a result of the wave-current interaction using the mean flow and mean time-averaged velocity at the mid-cross section of river.
Experimental and numerical investigations were conducted to study the performance of a surface-fixed horizontal porous wave barrier in regular waves. The characteristics of the reflection and transmission coefficients, energy dissipation, and vertical wave force were examined versus different porosities of the barrier. Numerical simulations based on 3D Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with standard low-Re k-ε turbulent closure and volume of fluid approach were accomplished and compared with the experimental results conducted in a 2D wave tank. Experimental measurements and numerical simulations were shown to be in satisfactory agreement. The qualitative wave behavior propagating over a horizontal porous barrier such as wave run-up, wave breaking, air entrapment, jet flow, and vortex generation was reproduced by CFD computation. Through the discrete harmonic decomposition of the vertical wave force on a wave barrier, the nonlinear characteristics were revealed quantitatively. It was concluded that the surface-fixed horizontal barrier is more effective in dissipating wave energy in the short wave period region and more energy conversion was observed from the first harmonic to higher harmonics with the increase of porosity. The present numerical approach will provide a predictive tool for an accurate and efficient design of the surface-fixed horizontal porous wave barrier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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