International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.178-186
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2021
The wave power extraction by multiple Wave Energy Converters (WECs) deployed in a Y-shaped Water Channel Resonator (WCR) has been investigated. A WCR consists of a long water channel, and a V-shaped wave guider installed at the entrance of a water channel. If the period of the incident waves coincides with the natural periods of the fluid in a WCR, resonance occurs, as a result, the internal fluid in a WCR is greatly amplified. To estimate the wave power by multiple WECs placed at the antinodal points in a WCR, the heave motion response, time-averaged power, and capture width ratio were calculated for several design parameters. Also, the systematic model tests were conducted in a 2D wave tank. The numerical results are in good agreement with the experimental data. It was verified that a WCR helps the WECs to produce electricity more effectively by amplifying the wave energy in a WCR.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.6
no.4
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pp.375-388
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1994
When conducting movable bed tests in a narrow wave tank, the hydrodynamics and morphology are assumed to be two-dimensional; hence, any three-dimensional patterns such as cross-tank variations of the profiles are neglected or averaged to represent the mean profiles at the measuring time. In this paper, six movable bed tests were carried out with a fairly fine sand to investigate (1) whether or not three-dimensional features can occur in relatively narrow wave tanks, and (2) various possible interrelationships and causes of the three-dimensionality. These movable bed studies suggested that there was a relatively slow feedback between the hydrodynamics and the morphology that led to initiation and growth of 3-D morphological features, resulting in cross-tank profile variations under certain stages of profile development, especially when the profile approached an equilibrium with overall stability.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.5
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pp.819-830
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2016
Hydrodynamic characteristics of wave propagation through density stratification have not been identified in details. So this study conducted a numerical simulation using LES-WASS-3D ver. 2.0 for analysis of density current due to water temperature and salinity in order to analyze hydraulic characteristics under wave action in a two-layer density stratified fluid. For the validity and effectiveness of numerical wave tank used, it was compared and analyzed with the experiment to show waveform based on $3^{rd}$-order Stoke wave theory at the internal of a density stratification. Using the results obtained from numerical simulation, the surface and internal wave heights are reduced as the wave propagates in a two-layer density stratified water. And the surface or internal wave attenuation became more serious as the vorticities were increased by the velocity difference of wave propagation due to the upper-lower density difference around the interface of a density stratification. As well, the surface and internal wave attenuations became more serious with higher density difference and depth ratio between upper and lower layers when the wave propagates through a density stratification.
This paper compares theoretical wave profile and particle kinematics with experimental results generated by a 2 D wave tank. Particle velocity fields of compound waves were acquired using a PIV technique. Synchronization was applied to acquire images of the wave fields, and the time gap between these images was controlled by the user. This technique was applied to investigate the wave breaking mechanism, and the wave profile and velocity distribution in a wave breaking field was obtained.
Bragg reflection of nonlinear waves is simulated by a 2D fully nonlinear numerical wave tank (NWT). The developed NWT was based on the Boundary Element Method (BEM) with potential theory and the mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) time marching scheme with Runge-Kutta 4th-order time integration. A spatial variation of wave elevations and their Fourier amplitudes of each component are compared to investigate the effect of sea bottom ripples and their relative heights. The incident waves over an undulated sea bottom are partially reflected and changed to partial standing waves due to Bragg reflection. The present results are verified with linear calculations and experimental data. It is found that the 1st-order wave component is mainly affected by Bragg reflection and its spatial modulation is significant in front of the bottom ripples.
In order to examine the characteristics of tsunami run-up heights on impermeable/permeable slope, a numerical wave tank by upgrading LES-WASS-3D was used in this study. Then, the model were compared with existing hydraulic model test for its verification. The numerical results well reproduced experimental results of solitary wave deformation, propagation and run-up height under various conditions. Also, the numerical simulation with a slope boundary condition has been carried out to understand solitary wave run-up on impermeable/permeable slope. It is shown that the run-up heights on permeable slope is 52.64-63.2% smaller than those on the impermeable slope because of wave energy dissipation inside the porous media. In addition, it is revealed that the numerical results with slope boundary condition agreed well with experimental results in comparison with the results by using stair type boundary condition.
In this paper, breaking waves are generated in a 2-D wave tank and simulated by using a higher-order boundary element method. A piston-type wavemaker is operated by signals composed of elementary waves. The phase of elementary waves is determined by the linear theory such that they are focused to a prescribed position. Calculated plunging waves coincide well with experiment. A steel box with different plate thicknesses is installed at a predetermined position in the tank. Measured impulsive pressures due to breaking waves are found to be 0.8-1.2$\rho$C2, where $\rho$ corresponds to water density and C to wave celerity. The transverse displacement of the plate is described in terms of modal eigenfunctions. The natural frequencies measured by impact tests in air for thin plate coincide with the computational and theoretical values. The radiationpotential due to plate vibration is derived and the radiation force is expressed in terms of hydroelastic added mass and damping forces. Comparison of natural frequencies of plate in water proves that hydroelastic added mass and damping are properly considered. The measured strain due to regular waves supports the calculated one, but there are apparent discrepancies between theory and experiment in the impulsive case.
A series of experiments employing particle image velocimetry (PIV) technique was conducted to produce benchmark wave kinematics data for regular waves having four different wave slopes in 2-D wave tank. Water velocities and accelerations near the free surface of regular waves were computed from image pair obtained by PIV systems. With the measured wave velocity field, the wave accelerations were computed using a centered finite difference scheme. Both local and convective components of the total accelerations are obtained from experimental data. With increasing the wave slope, the horizontal velocity and the vertical accelerations near the wave crest obtained by PIV technique became larger than theoretical results, which are well-known phenomena of the wave nonlinearity. It is noted that the relative magnitude of convective acceleration to the local acceleration became larger with increasing wave slope.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.1
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pp.1-9
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2018
In present study, we suggested the quasi-linear model that linearizes the quadratic drag representing the energy loss across the porous plate. The quasi-linear model was solved by Boundary Element Method (BEM) for development of the porous wave absorber suitable for 2-D wave tank. The drag coefficient at the porous plate was newly obtained through comparison of experimental results. It is found that the porous wave absorber with porosity 0.1, submergence depth d/h = 0.1, and inclined angle $10^{\circ}{\leq}{\theta}{\leq}20^{\circ}$ shows the effective wave absorption. Using the developed quasi-linear numerical model, the optimal design of various types of a porous wave absorber will be applied.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.77-99
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2017
Offshore oscillating water columns (OWC) represent one of the most promising forms of wave energy converters. The hydrodynamic performance of such converters heavily depends on their interactions with ocean waves; therefore, understanding these interactions is essential. In this paper, a fully nonlinear 2D computational fluid dynamics (CFD) model based on RANS equations and VOF surface capturing scheme is implemented to carry out wave energy balance analyses for an offshore OWC. The numerical model is well validated against published physical measurements including; chamber differential air pressure, chamber water level oscillation and vertical velocity, overall wave energy extraction efficiency, reflected and transmitted waves, velocity and vorticity fields (PIV measurements). Following the successful validation work, an extensive campaign of numerical tests is performed to quantify the relevance of three design parameters, namely incoming wavelength, wave height and turbine damping to the device hydrodynamic performance and wave energy conversion process. All of the three investigated parameters show important effects on the wave-pneumatic energy conversion chain. In addition, the flow field around the chamber's front wall indicates areas of energy losses by stronger vortices generation than the rear wall.
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