Kim, Sangyoon;Kim, Byungha;Wata, Joji;Lee, Young-Ho
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.3
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pp.222-228
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2016
Almost 70% of the earth is covered by the ocean. Extracting the power available in the ocean using a wave energy converter has been seen to be eco-friendly and renewable. This study focuses on developing a method for analyzing a wave energy device that uses a cross-flow turbine. The motion of the ocean wave causes an internal bi-directional flow of water and the cross-flow turbine is able to rotate in one direction. This device is considered of double-hull structure, and because of this structure, sea water does not come into contact with theturbine. Due to this, the problem of befouling on the turbine is avoided. This study shows specific relationship for wave length and several motions.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.1
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pp.1-8
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2011
In this paper, CFD simulation results for a tanker model are compared with experimental data over a range of wave conditions to verify a capability to predict the sea-keeping performance of practical hull forms. CFD simulations are conducted using WISDAM-X code which is capable of unsteady RANS calculations in arbitrary wave conditions. Comparisons are made of unsteady surface pressures, added resistance and ship motions in regular waves for cases of fully-loaded and ballast conditions of a large tanker model. It is shown that the simulation results agree fairly well with the experimental data, and that WISDAM-X code can predict sea-keeping performance of practical hull forms.
The installation of a topside structure can be categorized into the following stages: start, pre-lifting, lifting, lifted, rotating, positioning, lowering, mating, and end of installation. The transfer of the module onto the floating spar hull occurs in the last three stages, from lowering to the end. The coupled multi-body motions are calculated in both calm water and in irregular waves with a significant wave height (1.52m). The effects of the hydrodynamic interactions between the heavy lifting vessel and the spar hull during the lowering and mating stages are considered. The internal forces caused by the load transfer and ballasting are derived for the mating phases. The results of the internal forces for the calm water condition are compared with those in the irregular sea condition. Although the effect of the pitch motion on the relative vertical motion between the deck of the floating structure and the topside module is significant in the mating phases, the internal force induced pitch motion is too small to have this influence. However, the effect of the internal force on the wave-induced heave responses in the mating phases is noticeable in the irregular sea condition because transfer mass-induced draught changes for the floating structure are observed to have higher amplitudes than the external force induced responses. The impacts of the module on the spar hull in the mating phase are investigated.
In this study, the dynamic interaction between an Arctic Spar and drifting level ice is examined in time domain using the newly developed ice-hull-mooring coupled dynamics program. The in-house program, CHARM3D, which is the hull-riser-mooring coupled dynamic simulator is extended by coupling with the open-source discrete element method (DEM) simulator, LIGGGHTS. In the LIGGGHTS module, the parallel-bonding method is implemented to model the level ice using an assembly of multiple bonded spherical particles. As a case study, a spread-moored Artic Spar platform, whose hull surface near waterline is the inverted conical shape, is chosen. To determine the breaking-related DEM parameter (the critical bonding strength), the four-point numerical bending test is used. A series of numerical simulations is systematically performed under the various ice conditions including ice drift velocity, flexural strength, and thickness. Then, the effects of these parameters on the ice force, platform motions, and mooring tensions are discussed. The simulations reveal various features of dynamic interactions between the drifting ice and moored platform for various ice conditions including the novel synchronous resonance at low ice speed. The newly developed simulator is promising and can repeatedly be used for the future design and analysis including ice-floater-mooring coupled dynamics.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.199-212
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2020
A large percentage of maritime accidents in coastal seas are related to small fishing vessels. In order to investigate causes of maritime accidents, it is often necessary to carry out dynamic simulations for the estimation of trajectories and motions of vessels. Initial conditions of vessels such as main dimensions, loading conditions and hydrostatic properties are required for the accurate simulations. Small fishing vessels usually have few records of hydrostatic properties during their fishing operations. Therefore, in this study, estimation procedures for hydrostatic properties of small fishing vessels are proposed. At first, hull form characteristics of Korean small fishing vessels are investigated. Most of vessels have hard-chines and centerline skegs, they have similar hull forms. Bonjean curves of several small fishing vessels whose gross tonnages are below 10 tons are normalized with vessel breadths and depths. Representative bonjean curves are derived from normalized bonjean curves, and a representative hull plan is obtained as well. If the vessel loading conditions such as total weights and centers of gravity are given, fore and aft drafts can be calculated by using the representative bonjean curves with the constraint that weights and buoyancies are in equilibrium. Metacentric heights are also estimated by using the representative hull plan. Drafts and metacentric heights estimated by proposed iterative estimation procedures are compared with actual vessel data, estimated values are in good agreements with actual values. In addition, normalized fore and aft drafts, metacentric heights of vessels can be formulated as the linear functions of normalized total weights and centers of gravity. Empirical formulas of drafts and metacentric heights are proposed, and it is confirmed that the empirical formulas also provide reasonable results, which are similar to the results by iterative estimation procedures with representative bonjean curves and hull plan.
Ship shaped FPSO (Floating Production, Storage and Offloading) units are the most commonly used floating production units to extract hydrocarbons from reservoirs under the seabed. These structures are usually much larger than general cargo ships and have their natural frequency outside the wave frequency range. This results in the response to first order wave forces acting on the hull to be negligible. However, second order difference frequency forces start to significantly impact the motions of the structure. When the difference frequency between wave components matches the roll natural frequency, the structure experiences a significant roll motion which is also termed as second order roll. This paper describes the theory and numerical implementation behind the calculation of second order forces and motions of any general floating structure subjected to waves. The numerical implementation is validated in zero speed case against the commercial code OrcaFlex. The paper also describes in detail the popular approximations used to simplify the computation of second order forces and provides a discussion on the limitations of each approximation.
The paper presents an optimization system which integrates a parametric design tool, 3D diffraction-radiation analysis and hydrodynamic performance assessment based on short and long term wave statistics. Controlled by formal optimization strategies the system is able to design offshore structure hulls with superior seakeeping qualities. The parametric modeling tool enables the designer to specify the geometric characteristics of the design from displacement over principal dimensions down to local shape properties. The computer generates the hull form and passes it on to the hydrodynamic analysis, which computes response amplitude operators (RAOs) for forces and motions. Combining the RAOs with short and long-term wave statistics provides a realistic assessment of the quality of the design. The optimization algorithm changes selected shape parameters in order to minimize forces and motions, thus increasing availability and safety of the system. Constraints ensure that only feasible designs with sufficient stability in operation and survival condition are generated. As an example the optimization study of a semisubmersible is discussed. It illustrates how offshore structures can be optimized for a specific target area of operation.
The wing-flap stabilizing system attached under the hull bottom of a small fishing vessel to prevent the capsize by controlling the roll motions has been developed. This paper describes the background of the system design together with the experimental results. The effectiveness of the system is proven by the towing tank tests with a 1/4 scale model, showing that the roll motions of the model are much reduced by the active flap control in multidirectional irregular waves forward speeds.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.711-722
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2020
An optimization framework using genetic algorithms has been developed towards an automated parametric optimization of the Octabuoy semi-submersible design. Compared with deep draft production units, the design of the shallow draught Octabuoy semi-submersible provides a floating system with improved motion characteristics, being less susceptible to vortex induced motions in loop currents. The relatively large water plane area results in a decreased natural heave period, which locates the floater in the wave period range with more wave energy. Considering this, the hull design of Octabuoy semi-submersible has been optimized to improve the floater's motion performance. The optimization has been conducted with optimized parameters of the pontoon's rectangular cross section area, the cone shaped section's height and diameter. Through numerical evaluations of both the 1st-order and 2nd-order hydrodynamics, the optimization through genetic algorithms has been proven to provide improved hydrodynamic performance, in terms of heave and pitch motions. This work presents a meaningful framework as a reference in the process of floating system's design.
One practical method has already been proposed for predicting the characteristics of ship manoeuvring motions at relatively high advance speed [19]. Howeverf, this method can hardly be applied to motions of ships in starting, stopping, backing and slow steaming conditions, even though such extensive motions are of vital importance from a safety point of view particularly in harbour areas. The method presented here aims at predicting the characteristics of ship manoeuvring at low advance speed, which covers starting, stopping, backing and slow steaming conditions. The force mathematical models at large angles of incidence to the hull as well as under the wide range of propeller operations are formulated. Simulations of various manoeuvres at low advance speed are carried out for two types of merchant ship, I.e. a LNGC and a VLCC. Comparisons between simulations and corresponding full-scale measurements [10], [15] or free-running model tests [6],[10] provide a first verification of the proposed mathematical models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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