본 논문에서는 파랑이 존재할 때 모래결위에서의 흐름과 부유사의 거동에 관하여 기술한다. 새로운 수치모형시스템을 구축하였으며 이를 규칙파랑을 이용한 기존 실험실 실험조건과 가상적불규칙파랑조건에 적용하였다. 흐름장 계산은 SMAC 방법에 근거한 프로그램 SOLA를 Kim 등(1994)이 일부 수정하여 제시한 프로그램을 사용하였다. 흐름계산 부모형은 x-z 면에서의 연속방정식과 Reynolds의 운동방정식을 기본방정식으로 한다. 흐름부모형으로 파랑궤적도, 전단응력, 압력의 분포를 계산하였다. 모형실험결과 중 수직방향궤적도는 관측자료와 잘 일치하였다. 퇴적물이동 부모형은 부유사의 이류확산을 나타내는 식을 기본방정식으로 한다. 수치기법은 분리기법을 이용하며, 모래결 표면으로부터 퇴적물이 연행되어 유체내로 투입된다. 규칙파랑 실험조건에 수치모형을 적용한 결과, 부유사농도의 연직분포가 Deltaflume의 실험자료와 유사하게 재현되었다. 가상적인 불규칙 파랑조건에 모형을 적용한 결과 부유사농도의 높게, 부유사확산 범위가 더 넓게 예측되었다.
This study focused on the roll motion characteristics of a two-dimensional (2D) rectangular floating structure under regular beam sea conditions. An experiment was conducted in a 2D wave tank for a roll free decay test in calm water and the roll motion in a range of regular waves with and without heave motion to investigate the motion response and heave influence on the roll motion. A numerical study was carried out using Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS)-based CFD simulations. A grid convergence test was conducted to accurately capture the wave condition on the free surface based on the overset mesh and wave forcing method. It was found in the roll free decay test that the numerical results agreed well with the experimental results for the natural roll period and roll damping coefficient. It was also observed that the heave motion had an impact on the roll motion, and the responses of the heave and roll motion from the CFD simulations were in reasonable agreement with those from the experiment.
본 연구에서는 OpenFOAM 기반의 부유식 연직판의 파랑 저감 성능 평가 수치해석 모델링을 수행하였다. Waves2FOAM 라이브러리를 기반으로 내부조파에 의한 파랑 생성 및 스폰지층에 의한 소파 기능을 추가로 적용하였다. 이렇게 추가된 조파 및 소파 기능을 먼저 간단한 2차원 해석으로 검증한 후, Briggs et al.(2001)의 규칙파 실험자료 2가지에 대한 수치모델링을 수행하였다. 모델링 결과는 실험자료와 대체로 잘 일치하였으며, Briggs et al.(2001)에 수록된 WAMIT 수치해석 결과보다 더 좋은 결과를 나타내었다.
The hydrodynamic performance of a floating-type OWC (Oscillating Water Column) chamber is studied numerically and experimentally in this study. The numerical approach based on two-dimensional linear theory of floating wave absorber was attempted to design an efficient wave energy absorber, while model test was performed in a wave basin to test a performance of designed model and validate the reliability of developed numerical code. The focus of study is placed mainly on the experimental study to evaluate the principal characteristics of the designed OWC chamber in regular waves. The effects of the variation of wave height on OWC device and of air pressure inside chamber are also presented. Finally, the measured results were compared with computed ones, and it was shown that the designed chamber works with high efficiency $(\eta_H>1$ over most of wave lengths covered by present study. It is therefore concluded that the developed code is capable of being successfully employed to design OWC chambers at various ocean environments, even though there exist some minor discrepancies between measured and computed results.
Declutching control is applied to a hemispherical wave energy converter with direct linear electric Power-Take-Off systems oscillating in heave direction in both regular and irregular waves. The direct linear Power-Take-Off system can be simplified as a mechanical spring and damper system. Time domain model is applied to dynamics of the hemispherical wave energy converter in both regular and irregular waves. And state space model is used to replace the convolution term in time domain equation of the heave oscillation of the converter due to its inconvenience in analyzing the controlled motion of the converters. The declutching control strategy is conducted by optimal command theory based on Pontryagin's maximum principle to gain the controlled optimum sequence of Power-Take-Off forces. The results show that the wave energy converter with declutching control captures more energy than that without control and the former's amplitude and velocity is relatively larger. However, the amplification ratio of the absorbed power by declutching control is only slightly larger than 1. This may indicate that declutching control method may be inapplicable for oscillating wave energy converters with direct linear Power-Take-Off systems in real random sea state, considering the error of prediction of the wave excitation force.
Nguyen, Van Minh;Nguyen, Tien Thua;Seo, Juwon;Yoon, Hyeon Kyu;Kim, Yeon Gyu
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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제4권3호
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pp.105-114
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2018
In the past, traditional methods of research on ship maneuvering performance were estimated in calm waters. However, the course-keeping ability and the maneuvering performance of a ship can be influenced by the presence of waves. Therefore, it is necessary to understand the maneuvering behavior of a ship in waves. In this study, the force acting on a moving ship and a rudder behind the model ship will be performed in regular waves in Changwon National University (CWNU). In addition, the prediction force acting on the rudder in calm waters was carried out and compared with those of Computational Fluid Dynamics (CFD). Model test in regular wave was performed to predict the force acting on the ship and the rudder behind the model ship in various wave directions. The effects of wavelength and wave direction on hydrodynamic forces acting on the ship hull versus rudder angle is discussed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권5호
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pp.499-508
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2017
This paper uses optimization techniques to obtain bow hull form of a 66,000 DWT bulk carrier in calm water and in waves. Parametric modification functions of SAC and section shape of DLWL are used for hull form variation. Multi-objective functions are applied to minimize the wave-making resistance in calm water and added resistance in regular head wave of ${\lambda}/L=0.5$. WAVIS version 1.3 is used to obtain wave-making resistance. The modified Fujii and Takahashi's formula is applied to obtain the added resistance in short wave. The PSO algorithm is employed for the optimization technique. The resistance and motion characteristics in calm water and regular and irregular head waves of the three hull forms are compared. It has been shown that the optimal brings 13.2% reduction in the wave-making resistance and 13.8% reduction in the added resistance at ${\lambda}/L=0.5$; and the mean added resistance reduces by 9.5% at sea state 5.
Traditional methods of research on ship maneuvering performance were estimated in calm water. Ship maneuverability in waves is of vital importance for navigation safety of a ship (ITTC, 2008). The accurate estimation of force and moment acting on the ship and rudder behind propeller are necessary because the rudder, propeller and hull interaction is of key importance. In addition, course-keeping ability and maneuvering performance of a ship can be significantly affected by the presence of wave. In this study, the model test is performed in the regular wave in the square wave tank in Changwon National University and the hydrodynamic force acting on the ship hull and rudder behind the propeller in various wave directions is investigated. The effect of wavelength and wave direction on hydrodynamic force acting on ship and rudder behind propeller in regular waves is discussed.
Numerical simulations were performed about the green water problem of a FPSO. Three regular waves in head sea were tested. A rectangular box-shaped FPSO was considered and it is assumed there is a vertical wall on the deck. For the numerical simulations, an open-source CFD code, OpenFOAM, was applied to solve the present problems. Focus is on wave fields around the FPSO, water flows and impact pressures on the deck. For the validation, the present calculation results were compared with the existing experimental of Lee et al. (2012) and Changwon university in KTTC Cooperative Study Report (2015). The statistical values and spatial distribution of the peak pressures are directly compared with the experimental data. Some discussions are made on the effects of the domain breadth on the Green water impact pressure.
This study aimed at validating the adopted numerical methods to solve two-phase flow around a two-dimensional (2D) rectangular floating structure in regular waves. A structure with a draft equal to one half of its height was hinged at the center of gravity and free to roll with waves that had the same period as the natural roll period of a rectangular barge. In order to simulate the 2D incompressible viscous two-phase flow in a wave tank with the rectangular barge, the present study used the volume of fluid (VOF) method based on the finite volume method with a standard turbulence model. In addition, the sliding mesh technique was used to handle the motion of the rectangular barge induced by the fluid-structure interaction. Consequently, the present results for the flow field and roll motion of the structure had good agreement with those of the relevant previous experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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