The hydraulic design optimization and performance analysis of mixed-flow pumps for waterjet marine vehicle propulsion has been carried out using mean streamline analysis and three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) code. In the present study the conceptual design optimization has been formulated with a non-linear objective function to minimize the fluid dynamic losses and then the commercial CFD code was incorporated to allow for detailed flow dynamic phenomena in the pump system. New designed mixed-flow model pump has been tested in the laboratory. Predicted performance curves by the CFD code agree very well with experimental data for a newly designed mixed-flow pump over the normal operating conditions. The design and prediction methods presented herein can be used efficiently as a unified hydraulic design process of mixed-flow pumps for waterjet marine vehicle propulsion.
Kim, Dong-Hyun;Lee, In;Kim, Seung-Ho;Kim, Tae-Hyoun;Lee, James S.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.914-920
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2002
Nonlinear flow-induced vibration characteristics of a generic missile wing (or control surface) are investigated in this study. The wing model has freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are considered in the transonic flow region. To practically consider the effects of freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method (FMM) is applied to structural vibration analysis based on a finite element method (FEM). A computational fluid dynamics (CFD) technique is used for computing the nonlinear unsteady aerodynamics of all-movable wings. The aerodynamic analysis is based on the efficient transonic small-disturbance aerodynamic equations of motion using the potential-flow theory. To solve the nonlinear aeroelastic governing equations including the freeplay effect, a modal-based computational structural dynamic (CSD) analysis technique based on fictitious mass method (FMM) is used in time-domain. In addition, CSD and unsteady CFD techniques are simultaneously coupled to give accurate computational results. Various aeroelastic computations have been performed for a generic missile wing model. Linear and nonlinear aeroelastic computations have been conducted and the characteristics of flow-induced vibration are introduced.
In this work, a preliminary design of an inlet guide vane and runner for developing a 2.5 kW hydraulic turbine was conducted by using computational fluid dynamic analysis. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model were used to analyze the fluid flow in the hydraulic turbine. The hexahedral grid system was used to construct computational domain, and the grid dependency test was performed to obtain the optimal grid system. Velocity triangle diagram considering the flow angles of the inlet guide vane and runner was analyzed to obtain a basic geometry of the inlet guide vane and runner. Through modification of the preliminary design, the hydraulic performances of the turbine have improved under overall drop conditions. Especially, the efficiency and power of the turbine increased by 0.95% and 1.45%, respectively, compared to those of the reference model.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.648-661
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2019
Thin fabric-based yacht sails have a cambered shape to generate lift force; however, their shape can be easily deformed by wind pressure and also affected by the deformation of the mast. These deformations can change the airflow characteristics over the sail. Therefore, Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis is needed to evaluate the sail force precisely. In this study, airflow over the deformed sail and rig was studied using FSI. Elastic deformation of the sail and rig was obtained by an aerodynamic calculation under dynamic pressure loading on the sail surface. The effects of rig deformation on the aerodynamic performance of the sail were examined according to the rig type and mast flexibilities. As a result, the changes of lift force for a fractional type rig with a thin mast section were more significant than with a masthead rig.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.12
no.5
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pp.343-350
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2017
Underwater glider with a single buoyancy engine could generally obtain propulsive forces by moving the center of buoyancy and gravity. Futhermore, The hull and internal structure of underwater glider are designed according to the purpose of long-time operation, high speed and a wide variety of payloads (sensors, communications and etc.). In this paper, Ray-type underwater glider featuring flatfish is considered in view of hydrodynamics. The hull design is especially performed by the analysis of fluid resistance and dynamic performance. The resistance performance is analyzed using the Computational Fluid Dynamics (CFD). In addition, a simulation program is implemented in order to verify the validity of dynamics modeling and dynamic performances.
For Aerodynamic analysis of vehicle at altitude, 100km, the validity of governing equations based on continuum model, was reviewed. Also, as the preliminary study for the sub-orbital space plane development, a candidate geometry was suggested and computational fluid dynamic(CFD) analysis was performed for various angles of attack in subsonic and supersonic flow regimes to analyze the aerodynamic characteristics and performance. The inviscid flow analyses showed that the stall starts at angle of attack above $20^{\circ}$, the maximum drag is generated at angle of attack, $87^{\circ}$ and the maximum lift to drag ratio is about 8 in subsonic flow. In supersonic, the stall angle is about $40^{\circ}$ and the maximum drag is generated at angle of attack, $90^{\circ}$. Also, mach number distribution of re-entry vehicle was computed versus altitudes.
Analysis of fluid-structure interaction for two nearby underwater vehicles immersed in the sea is quite challenging because simulation of flow around them is very difficult due to the complexity of underwater vehicle shapes. The conventional approach using body-fitted or unstructured grids demands much time in dynamic grid generation, and yields slow convergence of solution. Since an analysis of fluid-structure interaction must be based on accurate simulation results, a more efficient way of simulating flow around underwater vehicles, without sacrificing accuracy, is desirable. An immersed boundary method facilitates implementation of complicated underwater-vehicle shapes on a Cartesian grid system. An LES modeling is also incorporated to resolve turbulent eddies. In this paper, we will demonstrate the effectiveness of the immersed boundary method we adopted, by presenting the simulation results on the flow around a modeled high-speed underwater vehicle interacting with a modeled low-speed one.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.3
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pp.111-117
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2008
The aim of this paper was to investigate the fluid dynamic behavior of the automotive closed type water pump with balance hole in order to evaluate and justify its overall hydraulic performance and, in particular to analyze the effects of the balance hole on the reduction of hydraulic flow force of it. The analysis has been peformed by applying the commercial computational fluid dynamics (CFD) code, Fluent, to the solution of the 3-D turbulent flow fields of automotive closed type water pump. The reliability of the employed analysis was demonstrated by the comparison between numerical result and experimental data. Although, hydraulic head of the closed type water pump with 3mm diameter of balance hole decreased by 1.1%, axial flow force was effectively reduced by 13.3%, comparison of it with no hole at design point.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.1
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pp.45-53
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2020
Analytical and experimental studies show that the dynamic behavior of liquid storage tanks is significantly influenced by the fluid-structure interaction (FSI). The effects of FSI must be rigorously considered for accurate earthquake analysis and seismic design of liquid storage tanks. In this study, a dynamic analysis of a rectangular liquid storage tank subjected to bi-directional earthquake ground motions is performed and its dynamic characteristics are examined, with the effects of FSI rigorously considered. Hydrodynamic pressure is evaluated using the finite-element approach with acoustic elements and applied to the structure. The responses of the rectangular tank subjected to bi-directional earthquake ground motions are thus obtained. It can be observed that the incident angle of bi-directional horizontal ground motions has significant effects on the dynamic responses of the considered system. Therefore, the characteristics of the system must be considered in its seismic design and performance evaluation.
A submerged body with varied control inputs can execute large drift angles and large angles of attack, as well as basic control such as straight movement and turning. The objective of this study is to analyze the dynamic characteristics of a submerged body comprising six thrusters and six control planes, which is capable of a large drift angle and angle of attack motion. Virtual captive model tests via were analyzed via computational fluid dynamics (CFD) to determine the dynamic characteristics of the submerged body. A test matrix of virtual captive model tests specialized for large-angle motion was established. Based on this test matrix, virtual captive model tests were performed with a drift angle and angle of attack of approximately 30° and 90°, respectively. The characteristics of the hydrodynamic force acting on the horizontal and vertical surfaces of the submerged body were analyzed under the large-angle motion condition, and a model representing this hydrodynamic force was established. In addition, maneuvering simulation was performed to evaluate the standard maneuverability and dynamic characteristics of large-angle motion. Considering the shape characteristics of the submerged body, we attempt to verify the feasibility of the analysis results by analyzing the characteristics of the hydrodynamic force when the large-angle motion occurred.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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