Ship's hydrodynamic coefficients in manoeuvring equations are generally derived by captive model tests or numerical calculations. Empirical formulas have been also proposed in some previous researches, which were useful for practical predictions of hydrodynamic coefficients of a ship by using main dimensions only. In this study, ship's hydrodynamic coefficients based on empirical formulas were optimized by using its free running test data. Eight manoeuvring performance indices including steady turning radius, reach in zig-zag as well as well-known IMO criteria indices are selected in order to compare simulation results with free runs effectively. Sensitivities of hydrodynamic coefficients on manoeuvring performance indices are analyzed. And hydrodynamic coefficients are tuned within fixed bounds in order of sensitivity so that they are tuned as little as possible. Linear and nonlinear coefficients are successively tuned by using zig-zag and turning performance indices. Trajectories and velocity components by simulations with tuned hydrodynamic coefficients are in good agreements with free running tests. Tuned coefficients are also compared with coefficients by captive model tests or RANS calculations in other previous researches, and the magnitudes and signs of tunes are discussed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.119-130
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2019
This paper establishes an iterative calculation model for the hydrodynamic performance of propeller in oblique flow based on low order potential based surface panel method. The hydrodynamic performance of propeller is calculated through panel method which is also used to calculate the induced velocity. The slipstream of propeller is adjusted according to the inflow velocity and the induced velocity. The oblique flow is defined by the axial inflow velocity and the incident angle. The calculation results of an instance show that the thrust and torque of propeller decrease with the increase of axial inflow velocity but increase with the incident angle. The unsteadiness of loads on the propeller blade surface gets more intensified with the increases of axial inflow velocity and incident angle. However, comparing with the effect of axial inflow velocity on the unsteadiness of the hydrodynamic performance of propeller, the effect of the incident angle is more remarkable.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제13권1호
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pp.102-114
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2021
Biofouling represents an important problem in the shipping industry since it causes the increase in surface roughness. The most of ships in the current world fleet do not have good coating condition which represents an important problem due to strict rules regarding ship energy efficiency. Therefore, the importance of the control and management of the hull and propeller fouling is highlighted by the International Maritime Organization and the maintenance schedule optimization became valuable energy saving measure. For adequate implementation of this measure, the accurate prediction of the effects of biofouling on the hydrodynamic characteristics is required. Although computational fluid dynamics approach, based on the modified wall function approach, has imposed itself as one of the most promising tools for this prediction, it requires significant computational time. However, during the maintenance schedule optimization, it is important to rapidly predict the effect of biofouling on the ship hydrodynamic performance. In this paper, the effect of biofilm on the ship hydrodynamic performance is studied using the proposed performance prediction method for three merchant ships. The applicability of this method in the assessment of the effect of biofilm on the ship hydrodynamic performance is demonstrated by comparison of the obtained results using the proposed performance prediction method and computational fluid dynamics approach. The comparison has shown that the highest relative deviation is lower than 4.2% for all propulsion characteristics, lower than 1.5% for propeller rotation rate and lower than 5.2% for delivered power. Thus, a practical tool for the estimation of the effect of biofouling with lower fouling severity on the ship hydrodynamic performance is developed.
Various prosthetic heart valves have been developed and used clinically, but they have problems, such as thrombogenecity, hemoltsis, high cost and low durability. New types of trileaflet polymer heart valves have been developed in order to use them as inlet and outlet valves in a ventricular assist device. The aim of this study is to determine the hydrodynamic effectiveness of the newly designed trileaflet polymer valves and their feasibility for temporary use in the blood pumps. Trileaflet polymer valves are made of polyurethane, because of its good blood compatibility, high tonsil strength and good resistance to fatigue. An in vitro experimental investigation was perf'ormed in order to ev91ua1e hydrodynamic performance of the trileaflet polymer valves having different design and fabrication tech- niques. The St. Jude Medical valve (SJMV) and floating-type monoleaflet polymer valve (MLPV) were also tested The pressure drop across the valve, leakage volume, and the flow patterns mere investigated for valves. The result of comparative tests showed that the trileaflet polymer valves had a better hydrodynamic performance than the others. TPV which has two stable membrane shape showed the lowest back flow. The pressure hops of TPVs were lower than that of MLPV, but slightly higher than SJMV. The hydrodynamic performance of valves under the pulastile flow showed the similar results as steady flow. The velocity profiles and turbulent intensities were measured at the distal sites of valves using a hot-film anemometer. Central flow was maintained in trileaflet polymer valves, and the maximum turbulent intensities were lower in TPVs comparing to MLPV.
The computational fluid dynamics software FLUENT is used to calculate and compare the hydrodynamic performance of the propeller-rudder system of a 42-m trawler, which is installed with a ducted propeller. The effects of rudder on the hydrodynamic performance of the ducted propeller and the wake flow behind the propeller are firstly investigated. In addition, the different rudder angles are also considered to further study the performance of this system.
Lee, Jonghun;Kim, Byung Chul;Ruy, Won-Sun;Han, Ik Seung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제13권1호
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pp.478-492
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2021
In this study, hull dimensions of an FPSO were optimized to maximize its operability at Brazil field. In contrast with the previous works which have used simplified models to evaluate some indicators related to stability and hydrodynamic performances of FPSOs for its own optimal design, we developed a generic hull and compartment modeler and sophisticated stability and hydrodynamic calculation modules. With the aid of the developed tools, the hull optimization was performed with initial dimensions of an FPSO originally designed for west Africa field. The optimization results indicated the relative importance of hydrodynamic performances compared with stability performances for the FPSO hull dimensioning by showing that there were 3 active constraints related to them, which were the natural periods of heave and roll and the maximum pitch angle under 1-year return period waves at full load condition. To the author's knowledge, this study is the first attempt to combine altogether the hull and compartment modeling and full set of stability and hydrodynamic calculations precisely to optimize an FPSO's hull dimensions within 30 min. Also, it is worthwhile to mention that the developed methods are generic enough to be applied to all types of ship-shaped offshore platforms.
Hydrodynamic coefficients strongly affect the dynamic performance of autonomous underwater vehicles (AUVs). A novel kind of underwater vehicle (Heavier-than-water AUV) with higher density than water is presented, which is different from conventional ones. RANS method and overlapping grids are used to simulate the flow field around the vehicle. Lifts, drags and moments of different attack and drift angles in steady state are calculated. The hydrodynamic performances and how the forces change with the attitude are analyzed according to the flow field structure. The steady-state results using overlapping grid method are compared with those of software FLUENT and wind tunnel tests. The calculation results show that the overlapping grid method can well simulate the viscous flow field around the underwater vehicle. Overlapping grid skills have also been used to figure out the planar-motion-mechanism (PMM) problem of Heavier-than-water AUV and forecast its hydrodynamic performance, verifying its effectiveness in dealing with the dynamic problems, which would be quite helpful for design and control of Heavier-than-water AUV and other underwater vehicles.
It is necessary to estimate hydrodynamic coefficients to design the auto-pilot system and motion simulator of submersible vehicle. In this paper, an algorithm was designed to estimate hydrodynamic coefficients of submersible vehicle. Using this algorithm, the hydrodynamic coefficients were estimated from measurements of full scale trial. The estimated hydrodynamic coefficients were used for the design of an auto-depth controller(ADC) of submersible vehicle, and the resulting ADC are proved to have a better performance than the previous one.
A 3D thermo-elasto-hydrodynamic model is developed to analyze the sealing performance of a notched mechanical seal applied in the reactor coolant pump. In the model, the generalized Reynolds equation, the energy equation coupled with notch heat balance equation, the heat conduction equations, and the deformation equations of the sealing rings are iteratively solved by the finite element method. The film pressure and temperature distribution are obtained, and the deformation of the sealing rings is revealed to study the mechanism of the notched mechanical seals. A parameterized study is conducted to analyze the sealing performance under different operating conditions. As a comparison, the sealing performance of non-notched seals is also studied. The results show that the hydrostatic effect is dominant in the load-carrying capacity of the fluid film due to the radial mechanical and thermal deformations. The notch can cool the fluid film and influence the thermal deformation of seal rings. The sealing performance is sensitive to the pressure difference, ambient temperature, and rotational speed. It is suggested to set the notches on the softer sealing rings to acquire the greater hydrodynamic effect. Compared with the non-notched, the notched end face holds a better lubrication performance, especially under lower rotational speed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권1호
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pp.56-69
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2015
This paper presents a numerical study on investigating on hydrodynamic characteristics of a marine propeller in oblique flow. The study is achieved by RANS simulations on an open source platform - OpenFOAM. A sliding grid approach is applied to compute the rotating motion of the propeller. Total force and moment acting on blades, as well as average force distributions in one revolution on propeller disk, are obtained for 70 cases of combinations of advance ratios and oblique angles. The computed results are compared with available experimental data and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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