International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.4
no.1
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pp.22-30
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2001
A new concept wave absorber is proposed. It is a net type wave absorber. Its efficiency was reported in another publication. Since it is based on new concept, the traditional wave absorber theory is not applicable. It is modeled by introducing damping terms in linearized free surface boundary conditions in this study. The length and the thickness of the wave absorber are modeled by the length and the coefficient of the damping terms. Series of experiments are carried out to get the data for the coefficients of the damping term. The boundary element method is adopted to solve the system. The predicted wave heights show excellent agreement with those of experiments when the lengths of the incoming waves are within the length of the wave absorber.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.23
no.2
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pp.1-13
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1986
The nonlinear hydrodynamic forces acting on a two-dimensional circular cylinder, oscillating with large amplitude in the free surface, are calculated by using the Semi-Lagrangian Time-Step-ping Method used by O.M. Faltinsen. In present calculation the position and the potential value of free surface are calculated using the exact kinematic and dynamic free surface boundary condition. At each time step an integral equation is solved to obtain the value of potential and normal velocity along the boundaries, consisting of both the body surface and the free surface. Some effort was devoted to the elimination of instability arising in the range of high frequency. Numerical simulations were performed up to the 3rd or 4th period which seems to be enough for the transient effect to die out. Each harmonic component and time-mean force are obtained by the Fourier transform of forces in time domain. The results are compared with others' experimental and theoretical results. Particularly, the calculation shows the tendency that the acceleration-phase 1st-harmonic component(added mass) increases as the motion amplitude increases and a reverse tendency in the velocity-phase 1st-harmonic component(damping coefficient). The Yamashita's experimental result also shows the same tendency. In general, the present result show relatively good agreement with the Yamashita's experimental result except for the time-mean force.
We have developed a composite grid method for the solution of the radiation problem We divide the domain into two different grids; one is a moving grid system and the other is a fixed grid system. This numerical method is applied to calculation of the radiation forces generated by the submerged plate oscillating near a free surface. The experimental data 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, Lie have evaluated the effect of nonlinear and viscous damping on the hydrodynamic forces acting on the submerged plate.
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.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.691-706
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2021
This paper aims to numerically investigate violent sloshing in a partially filled three-dimensional (3D) prismatic tank with or without a baffle, further to clarify the suppressing performance of the baffle and the damping mechanism of sloshing. The numerical model is based on a Cartesian grid multiphase flow method, and it is well validated by nonlinear sloshing in a 3D rectangular tank with a vertical baffle. Then, sloshing in an unbaffled and baffled prismatic tank is parametrically studied. The effects of chamfered walls on the resonance frequency and the impact pressure are analyzed. The resonance frequencies for the baffled prismatic tank under different water depths and baffle heights are identified. Moreover, we investigated the effects of the baffle on the impact pressure and the free surface elevation. Further, the free surface elevation, pressure and vortex contours are analyzed to clarify the damping mechanism between the baffle and the fluid.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.20
no.2
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pp.27-36
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1983
This paper presents numerical results of the added mass and damping coefficients of vertical axisymmetric bodies on or under the free surface. Also computed are the excitation forces on these bodies due to an incident regular wave system. The numerical scheme employs a localized finite-element method, which is based on the theory of the calculus of variations. The excitation forces and moments on a submerged half-spheroid lying on the bottom are computed and compared with the results obtained by others. he agreement is good. Several specific types of floating vertical axisymmetric platforms are considered for ten different wave lengths, in connection with the design of an ocean-thermal-energy converter platform. The added mass and damping coefficient, as well as the excitations, are presented. It is shown that simple strip theory gives a good approximation of the sway(and pitch) added mass for a disc platform having a long circular cylinder.
In this study, a nonlinear wave simulation code is developed using a higher-order spectral (HOS) method. The HOS method is very efficient because it can determine the solution of the boundary value problem using fast Fourier transform (FFT) without matrix operation. Based on the HOS order, the vertical velocity of the free surface boundary was estimated and applied to the nonlinear free surface boundary condition. Time integration was carried out using the fourth order Runge-Kutta method, which is known to be stable for nonlinear free-surface problems. Numerical stability against the aliasing effect was guaranteed by using the zero-padding method. In addition to simulating the initial wave field distribution, a nonlinear adjusted region for wave generation and a damping region for wave absorption were introduced for wave generation simulation. To validate the developed simulation code, the adjusted simulation was carried out and its results were compared to the eighth order Stokes theory. Long-time simulations were carried out on the irregular wave field distribution, and nonlinear wave propagation characteristics were observed from the results of the simulations. Nonlinear adjusted and damping regions were introduced to implement a numerical wave tank that successfully generated nonlinear regular waves. According to the variation in the mean wave steepness, irregular wave simulations were carried out in the numerical wave tank. The simulation results indicated an increase in the nonlinear interaction between the wave components, which was numerically verified as the mean wave steepness. The results of this study demonstrate that the HOS method is an accurate and efficient method for predicting the nonlinear interaction between waves, which increases with wave steepness.
Yuck Rae H.;Lee Dong H.;Choi Hang S.;Jin Young M.;Bang Chang S.
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.197-200
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2002
In this paper, roll damping coefficients for a non-conventional cross section, which is herein named as 'step' model, are investigated numerically and experimentally. Experiments are extensively carried out to estimate the roll damping coefficients. Numerical estimations are also made with the help of numerical codes. For convenience, the roll damping is divided into wave-making component and viscous component. The wave-making component is determined using a potential code and the viscous component using a viscous flow code, in which the fluid domain is taken as unbounded. In order to validate the present approach, a typical cross section with bilge is considered and our results are compared with published data. The comparison shows a good agreement qualitatively. For the step model, numerical results are compared well with experimental data besides some quantitative discrepancies at a certain range of frequency. It is thought that the discrepancy might be caused by the ignorance of the free surface in viscous computations. It is found in the case of the step model that not only the viscous component but also the wave component increases considerably compared to the section with bilge.
In this research a numerical simulation method is developed for moving body in free surface flows using fixed staggered rectangular grid system. The non-linear free surface near the body is defined by marker-density method. The body boundary is defined by line segment connecting the points where the body surface and grid line meet. Continuity equation and Navier-Stokes equations are used as governing equations and the equations are coupled with two-step projection method. The velocities and pressures of body boundary and free surface cells are calculated with simultaneous iterative method. To treat a body movement in a fixed grid system, the volume displaced by moving body is added to the divergence of the body boundary cell. For the verification of the present numerical method. vortex shedding period of advancing cylinder is calculated and the period is compared with existing experiment results. Moreover, added mass and damping coefficients of a vertically excited box are calculated and the computed results are compared with published experiment results. Impulsive pressure and water level variation due to sloshing phenomenon are simulated and the results are compared with published experiment results. Varying the plunger shape, the waves generated by plunging type wave maker are compared with the 2nd order Stokes wave theory The plunger shape generating the wave that shows the best agreement with the theory is represented.
Brizzolara, Stefano;Bonfiglio, Luca;Medeiros, Joao Seixas De
Ocean Systems Engineering
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v.3
no.3
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pp.219-236
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2013
The accurate prediction of motion in waves of a marine vehicle is essential to assess the maximum sea state vs. operational requirements. This is particularly true for small crafts, such as Autonomous Surface Vessels (ASV). Two different numerical methods to predict motions of a SWATH-ASV are considered: an inviscid strip theory initially developed at MIT for catamarans and then adapted for SWATHs and new a hybrid strip theory, based on the numerical solution of the radiation forces by an unsteady viscous, non-linear free surface flow solver. Motion predictions obtained by the viscous flow method are critically discussed against those obtained by potential flow strip theory. Effects of viscosity are analyzed by comparison of sectional added mass and damping calculated at different frequencies and for different sections, RAOs and motions response in irregular waves at zero speed. Some relevant conclusions can be drawn from this study: influence of viscosity is definitely non negligible for SWATH vessels like the one presented: amplitude of the pitch and heave motions predicted at the resonance frequency differ of 20% respectively and 50%; in this respect, the hybrid method with fully non-linear, viscous free surface calculation of the radiation forces turns out to be a very valuable tool to improve the accuracy of traditional strip theories, without the burden of long computational times requested by fully viscous time domain three dimensional simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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