Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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v.2
no.1
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pp.63-78
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1994
This paper deals with the treatment of the open boundary in two-dimensional free-surface wave problems. Two numerical schemes are investigated for the implementation of the open boundary condition. One is to add the artificial damping term to the dynamic free-surface boundary condition, in which the determination of suitable damping coefficient and the damping zone is the most important. The other is a modified Orlanski's method, which is known to be very useful for the uni-directional waves. Using these two schemes, numerical tests have been conducted for a few typical free-surface wave problems. To obtain the numerical solution of the free-surface boundary value problem, the fundamental source-distribution method is used and the fully nonlinear free-surface boundary conditions are applied. The computed results are presented in comparison with those of others for the proof of practicality of these two schemes.
The present study describes a numerical analysis for simulation of the sloshing of flows with free-surface which contained in a rectangular tank The SOLA-VOF (Volume of fluid) method uses a fixed mesh for calculating the motion of flow and the free-surface. This Eulerian approach enables the VOF method to use only a small amount of computer memory for simulating sloshing problems with complicated free-surface contours. The VOF function, representing the volume fraction of a cell occupied by the fluid, is calculated for each cells, which gives the locating of the free-surface filling any some fraction of cells with fluid. Using SOLA-VOF method, the study describes visualization about simulation of the sloshing of flows and damping effect by baffle. Translation and pitching motion of the forms have been investigated The time-dependent changes of free-surface height are used for visualization subject to several conditions such as fluid height horizontal acceleration, sinusoidal motion, and viscosity. The free-surface heights were used for comparing wall-force, which is caused by sloshing of flows. Baffle was Installed to reduce the force on the wall by sloshing of flows. Damping effects was extensively expressed under the conditions such as baffle shape and position.
The numerical damping and dispersion error characteristics associated with difference schemes and a panel shift method used for the calculation of steady free surface flows by a panel method are an analysed in this paper. First, 12 finite difference operators used for the double model flow by Letcher are applied to a two dimensional cylinder with the Kelvin free surface condition and the numerical errors with these schemes are compared with those by the panel shift method. Then, 3-D waves due to a submerged source are calculated by the difference schemes, the panel shift method and also by a higher order boundary element method(HOBEM). Finally, the waves and wave resistance for Wigley's hull are calculated with these three schemes. It is shown that the panel shift method is free of numerical damping and dispersion error and performs better than the difference schemes. However, it can be concluded that the HOBEM also free of the numerical damping and dispersion error is the most stable, accurate and efficient.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1142-1149
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2003
The present study describes a numerical analysis for simulation of the sloshing of flows with free-surface which contained in a rectangular tank moving in harmonic or pitching motion. The VOF function, representing the volume fraction of a cell occupied by the fluid, is calculated for each cells, which gives the location of the free-surface filling any some fraction of cells with fluid. The time-dependent changes of free-surface height are used for visualization subject to several conditions such as fluid height, horizontal acceleration, sinusoidal motion, and viscosity. The free-surface heights were used for comparing wall-force, which is caused by sloshing of flows. Damping effects by baffles were extensively investigated for various conditions in terms of baffle shape and position.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.260-277
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2021
The appropriate radiation conditions of ship motion problem with advancing speed in frequency domain are investigated from a theoretical and practical point of view. From extensive numerical experiments that have been conducted for evaluation of the relevant radiation conditions, a hybrid radiation technique is proposed in which the Sommerfeld radiation condition and the free surface damping are mixed. Based on the comparison with the results of the translating and pulsating Green function method, the optimal damping factor of the hybrid radiation technique is selected, and the observed limitations of the proposed hybrid radiation technique are discussed, along with its accuracy obtained from the numerical solutions. Comparative studies of the forward-speed seakeeping prediction methods available confirm that the results of applying the hybrid radiation technique are relatively similar to those obtained from the translating and pulsating Green function method. This confirmation is made in comparisons with the results of solely applying either the free surface damping, or the Sommerfeld radiation condition. By applying the proposed hybrid radiation technique, the wave patterns, hydrodynamic coefficients, and motion responses of the Wigley III hull are finally calculated, and compared with those of model tests. It is found that, in comparison with the model test results, the three-dimensional Rankine source method adopting the proposed hybrid radiation technique is more robust in terms of accuracy and numerical stability, as well as in obtaining the forward speed seakeeping solution.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.3
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pp.80-89
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1992
This paper deals with the open boundary problems, and two numerical schemes are used for the implementation of open boundary condition. One is to add the artificial damping term to dynamic free-surface boundary condition. Determination of suitable damping coefficient and the damping cone is the most important in this scheme. The other scheme is a modified Orlanski's method. This will be useful for the problems with unidirectional waves. A few typical free-surface wave problems are modeled for the numerical test. Method of solution is fundamental source-distribution method and the fully nonlinear boundary conditions are applied. The computed results are compared with those of others for the proof of practicality of these schemes.
The localized surface-plasmon resonance has drawn great attention, due to its unique optical properties. In this work a general theoretical description of the dipole mode is proposed, using the forced damped harmonic oscillator model of free charges in an ellipsoid. The restoring force and driving force are derived in the quasistatic approximation under general conditions. In this model, metal is regarded as composed of free charges and bound charges. The bound charges form the dielectric background which has a dielectric function. Those free charges undergo a collective motion in the dielectric background under the driving force. The response of free charges will not be included in the dielectric function like the Drude model. The extinction and scattering cross sections as well as the damping coefficient from our model are verified to be consistent with those based on the Drude model. We introduce size effects and modify the restoring and driving forces by adding the dynamic depolarization factor and the radiation damping term to the depolarization factor. This model provides an intuitive physical picture as well as a simple theoretical description of the dipole mode of the localized surface-plasmon resonance based on free-charge collective motion.
The performance of a porous swash bulkhead for the reduction of the resonant liquid motion in a swaying rectangular tank was investigated based on the assumption of linear potential theory. The Galerkin method (Porter and Evans, 1995) was used to solve the potential flow model by adding a viscous frictional damping term to the free-surface condition. By comparing the experimental results and the analytical solutions, we verified that the frictional damping coefficient was 0.4. Darcy's law was used to consider the energy dissipation at a porous bulkhead. The tool that was developed with a built-in frictional damping coefficient of 0.4 was confirmed by small-scale experiments. Using this tool, the free-surface elevation, hydrodynamic force (added mass, damping coefficient) on a wall, and the horizontal load on a bulkhead were assessed for various combinations of porosity and submergence depth. It was found that the vertical porous bulkhead can suppress sloshing motions significantly when properly designed and by selecting the appropriate porosity(${\approx}0.1$) and submergence depth.
The purpose of this study is to predict and understand the hydrodynamic forces and their nonlinear behaviors of fluid motion around the submerged plate oscillating near a free surface. To achieve this objective, we have developed a composite grid method for the solution of a radiation problem. The domain is divided into two different grids; one is a moving grid system and the other is a fixed grid system. The moving grid is employed for the body fitted coordinate system and moves with the body. This numerical method is applied to calculation of radiation forces generated by the submerged plate oscillating near a free surface. In order to investigate the characteristics of the radiation forces, the forced heaving tests have been performed with several amplitudes and different submergences near a free surface. These experimental results are compared with the numerical ones obtained by the present method and a linear potential theory. As a result, we can confirm the accuracy of the present method. Finally, the effect of nonlinear and viscous damping has been evaluated on the hydrodynamic forces acting on the submerged plate.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.3
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pp.281-290
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2012
Hydrodynamic analysis of a surface-piercing body with an open chamber was performed with incident regular waves and forced-heaving body motions. The floating body was simulated in the time domain using a 2D fully nonlinear numerical wave tank (NWT) technique based on potential theory. This paper focuses on the hydrodynamic behavior of the free surfaces inside the chamber for various input conditions, including a two-input system: both incident wave profiles and forced body velocities were implemented in order to calculate the maximum surface elevations for the respective inputs and evaluate their interactions. An appropriate equivalent linear or quadratic viscous damping coefficient, which was selected from experimental data, was employed on the free surface boundary inside the chamber to account for the viscous energy loss on the system. Then a comprehensive parametric study was performed to investigate the nonlinear behavior of the wave-body interaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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