International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.70-81
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2019
An improved three dimensional Rankine source method is developed to solve numerically water wave problems in time domain. The free surface and body surface are both represented by continuous panels rather than a discretization by isolated points. The integral of Rankine source 1/r on free surface panel is calculated analytically instead of numerical approximation. Due to the exact algorithm of Rankine source integral applied on the free surface and body surface, a space increment free surface source distribution method is developed and much smaller amount of source panels are required to cover the fluid domain surface than other numerical approximation methods. The proposed method shows a higher accuracy and efficiency compared to other numerical methods for various water wave problems.
Choi, Hee-Jong;Chun, Ho-Hwan;Park, Il-Ryong;Kim, Jin
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.4
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pp.225-232
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2011
In the present study, a new hull panel generation algorithm, namely panel cutting method, was developed to predict flow phenomena around a ship using the Rankine source potential based panel method, where the iterative method was used to satisfy the nonlinear free surface condition and the trim and sinkage of the ship was taken into account. Numerical computations were performed to investigate the validity of the proposed hull panel generation algorithm for Series 60 ($C_B$=0.60) hull and KRISO container ship (KCS), a container ship designed by Maritime and Ocean Engineering Research Institute (MOERI). The computational results were validated by comparing with the existing experimental data.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.2
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pp.27-38
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1997
This paper is concerned with the calculation of the wave resistance for SWATH ships based on a low order Rankine source panel method. Two types of free surface boundary conditions, Dawson type (double model approximation) and Kelvin type (free stream approximation) are used. For the free surface boundary calculation, an analytic differentiation is employed instead of implementing a finite difference scheme. Then, the radiation condition is satisfied by, so called, the panel shift method. The numerical results using the above two methods are compared with those using the thin ship/modified slender body approximation and also with the experimental results. The SWATH models considered are a single strut SWATH and a twin strut SWATH together with the variations of two demihull separation distance. In order to prove the validity of the program developed, the numerical calculations for a Wigley mono hull and Wigley twin hulls are compared with the available experimental results.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.4
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pp.32-42
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1990
The method using Rankine Soure distribution over the hull surface and undisturbed free surface was applied to calculate the free surface flow around a ship. The ship hull as well as a local portion of the undisturbed free surface arc geometrically represented by quadrilateral panels and the source density is determined so as to satisfy the linearized free surface condition based on the double model flow. The pressure distribution, wave resistance, wave profile and hydrodynamic sinkage force and trim moment for the Wigley hull and the Series 60 hull with $C_B=0.60$ were calculated in the fixed condition. The calculated results were compared with the measured values. The dependance of the solution on the panel arrangement, particularly on the free suraface, was also studied through 11 numerical test cases for the Wigley hull.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.3
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pp.478-489
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2015
In the present study, a hydrodynamic hull-form optimization algorithm for a container ship was presented in terms of the minimum wave-making resistance. Bell-shaped modification functions were developed to modify the original hull-form and a sequential quadratic programming algorithm was used as an optimizer. The wave-making resistance as an objective function was obtained by the Rankine source panel method in which non-linear free surface conditions and the trim and sinkage of the ship were fully taken into account. Numerical computation was performed to investigate the validity and effectiveness of the proposed hull-form modification algorithm for the container carrier. The computational results were validated by comparing them with the experimental data.
In this paper the developed prediction technique of wave-making resistance performance for a ship attached with a vertical blade had been verified. Numerical analysis program as a prediction technique had been developed using the Rankine source panel method and the vortex lattice method(VLM). The nonlinearity of the free surface conditions was fully taken into account using the iterative method and the trim and the sinkage of the ship were also considered in the numerical analysis program. Panel cutting method was applied to get hull surface panels. Numerical computations were carried out for a 4000TEU container carrier and the vertical blade was attached 6 different locations astern. To investigate the validity of the numerical analysis program the commercial viscous flow field analysis program FLUENT was used to obtain the viscous flow field around the ship and the model test was performed. The model test results were compared with the numerical analysis results.
In solving the unsteady potential flow problem of the ship in waves with the panel method, in general one can consider the basic flow as the free stream or double body solution. For the double body solution, the body boundary condition has the 2nd derivatives of the velocity potential. Low order panel methods are known to suffer from the significant error in the 2nd derivatives computed at the body surface. This paper analyzes the numerical error in the 2nd derivatives for a 2-D cylinder and a 3-D sphere problem, and an extrapolation method to obtain the correct derivatives on the body surface is suggested.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.1
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pp.43-51
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2001
The unsteady problems of ships in waves are analyzed by a low order panel method with Rankine source. Considering the basic flow as the uniform incoming flow(so called Kelvin flow) and also the double body flow. the solutions to satisfy the governing equation with the boundary conditions are obtained, and these two results are compared. The hydrodynamic coefficients for the modified Wigley hull and Series 60($C_B=0.7$) are computed and compared with the experimental data available and also other computational results published. It is shown that the computational results by the double body approximation agree well with the experimental results compared with those by the uniform Kelvin flow approximation.
A design procedure for a ship with minimum total resistance has been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) to search for optimized hull form and CFD(Computational Fluid Dynamics) technique. The friction resistance is estimated using the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave making resistance is evaluated using a potential-flow panel method based on Rankine sources with nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of hull surface is represented and modified using B-spline surface patches during the optimization process. Using the Series 60 hull ($C_B$ =0.60) as a base hull, the optimization procedure is applied to obtain an optimal hull that produces the minimum total resistance for the given constraints. To verify the validity of the result, the original model and the optimized model obtained by the optimization process have been built and tested in a towing tank. It is shown that the optimal hull obtained around $13\%$ reduction in the total resistance and around $40\%$ reduction in the residual resistance at a speed tested compared with that of the original one, demonstrating that the present optimization tool can be effectively used for efficient hull form designs.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.4
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pp.11-18
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2000
This paper is concerned with the generation of an optimal forward hull form by a nonlinear programming method. A Rankine source panel method based on the inviscid and potential flow approximation is employed to calculate the wave-making resistance and SQP method is also used for the optimization. The hull form is represented by a spline function. The forward hull form of a minimum wave resistance with the given design constraints is generated. In addition, the forward hull form of a minimum total resistance by considering the frictional resistance together with an empirical form factor is produced and compared with the former result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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