In February,2004, at International Maritime Organization (IMO), LONDON, a new international convention 'International Convention fur the Control and Management of Ship's Ballast Water and Sediment 2004' was adopted. It is called 'Ballast Water Management Convention (BWM)'. Ballast water means charged seawater or fresh water in ship's special tanks (ballast tank) to keep safety navigation and ship's maneuverability. However, from 1980, it was point out the serious problem for marine ecosystem and human life that ballast water includes harmful marine species (and small organisms) and these species are also discharged along with ballast water. These species were released with discharged ballast water in water areas, where species are different from discharged ballast water. The problem is that released species increase when released species are more powerful than native species and consequently, marine ecological system is destroyed in released water area. Authors have inspected the validity of the ballast water exchange using pumping-through method that is one of the methods of ballast water management. In this paper, the numerical simulation of the motion and density of the fluid at the time of exchange of the fluid in a 2-dimensional tank using the pumping-through method was carried out by using two different type numerical methods. One method is MPS method that is one of the particle methods. Other one is Finite Different Method (FDM). Authors were compared with result of two numerical method calculations and experiment result and reported some knowledge from these results.
Low fuel regression rate is the main drawback of hybrid rocket which should be overcome. One of the improvement techniques to this problem is usage of a solid fuel grain with a complicated geometry port, which has been promoted owing to the recent development of additive manufacturing technologies. In the design of a hybrid rocket fuel grain with a complicated geometry port, the understanding of fuel regression behavior is very important. Numerical investigations of fuel regression behavior requires a capturing method of solid fuel surface, i.e. gas-solid interface. In this study, level set method is employed as such a method and the preliminary numerical tool for capturing a hybrid rocket solid fuel surface is developed. At first, to test the adequacy of the numerical modeling, the simulation results for circular port are compared to the experimental results in open literature. The regression rates and oxidizer to fuel ratios show good agreements between the simulations and the experiments, after passing enough time. However, during the early period of combustion, there are the discrepancies between the simulations and the experiments, owing to transient phenomena. Second, the simulations of complicated geometry ports are demonstrated. In this preliminary step, a star shape is employed as complicated geometry of port. The slot number effect in star port is investigated. The regression rate decreases with increasing the slot number, except for the star port with many slots (8 slots) in the latter half of combustion. The oxidizer to fuel ratio increases with increasing the slot number.
Study on swimming of microorganisms like, sperm motility, cilia beating, bacterial flagellar propulsion has found immense significance in the field of biological fluiddynamics. Because of the complexity involved, it is challenging for the researchers to model such problems. Immersed boundary method has proved its efficacy in the field of biological fluiddynamics, The present work aims at performing a numerical study on the microorganism locomotion using the immersed boundary method proposed by Peskin[1]. A two-dimensional model of the microorganism is modeled as thin elastic filament described as a sine wave. The neutrally buoyant organism undergoing deformations is immersed in a viscous and incompressible fluid. The fluid quantities are described using Eulerian coordinates and the immersed body is represented by Lagrangian coordinates. The Eulerian and Lagrangian variables are connected by the Dirac delta function. The Navier-Stokes equations governing the fluid flow are solved using the fractional step method on a staggered Cartesian grid system. The developed numerical code in FORTRAN will be validated by comparing the numerical results with the available results.
In general, shape optimization design of the flow system has done to obtain the effects, which are required in the engineering fields. Most of these designs are accomplished by empirical or numerical analysis. But, in empirical analysis case, it is difficult to obtain an optimal shape in the feasible design region. And, in numerical method case, it usually needs many design parameters, because of the required object-function. In this paper, we present a newly numerical analysis, the growth-strain method having only one design parameter. That optimizes a shape by distributing a design parameter such as dissipation energy to be uniformed in the flow system. Also, we apply this shape design process to the three-flow systems, and then we identify that the resulting shape approaches the known optimal shape in the numerical values. Consequently, we confirm that the proposed method is very efficient and practical in the shape optimization of the flow system.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권3호
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pp.277-300
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2016
The motion of a floating body and the free surface flow are the most important design considerations for ships and offshore platforms. In the present research, a numerical method is developed to simulate the motion of a floating body and the free surface using a fixed rectilinear grid system. The governing equations are the continuity equation and Naviere-Stokes equations. The boundary of a moving body is defined by the interaction points of the body surface and the centerline of a grid. To simulate the free surface the Modified Marker-Density method is implemented. Ships advancing in regular waves, the interaction of waves by a fixed circular cylinder array and the response amplitude operators of an offshore platform are simulated and the results are compared with published research data to check the applicability. The numerical method developed in this research gives results good enough for application to the initial design stage.
Flow analysis of profile extrusion is essential for design and production of a profile extrusion die. Velocity, pressure, and temperature distribution in an extrusion die are predicted and compared with the experimental results. A two dimensional numerical method is proposed for three dimensional analysis of the flow field within the profile extrusion die by applying a modified cross-sectional numerical method. Since the cross-sectional shape of the die is varied gradually, it is assumed that the pressure is constant within a cross-sectional plane that is perpendicular to the flow direction. With this assumption, the velocity component in the cross-sectional direction is neglected. The exact cross-sectional shape at any position is calculated based on the geometry of standard cross-sections. The momentum and energy equations are solved with proper boundary conditions at a cross-section and then the same calculation is carried out for the next cross-section using the current calculated values. An L-shaped profile extrusion die is produced and employed for experimental investigation using a commercially available polypropylene. Numerical prediction for the varying cross-sectional shape provides better results than the previous studies and is in good agreement with the experimental results.
A 4-level baroclinic numerical model is designed by using the vorticity equation and Omega equation. Block-Cyclic-Reduction method is applied to the solution of the Helmholtz defferential equation, which is proved to be better than the Relaxation method from the composite viewpoint of accuracy, stability and economy. It was investigated whether the model explains the physical process influenced by voricity and temperature advection. It was also examined if the model atmosphere describes the general circulation. This examination is similar to Phillips(1956). The result of this numerical experiment shows that the model explains qualitatively the Quasi-Geostrophic theory for the development of Baroclinic wave, as throughly described in Holton(1972).
The behavior of aerosos due to gravitational coagulation was studied experimentally and numerically. In experimental study, the geometric mean particel size increased as time elapsed in a vertical tube column, while the size decreased when the tube was set horizontally. The particle size distribution was observed to maintain the lognormal form during the coagulation process. Separately, numerical calculations were performed for studying the aerosol behavior under gravitational and Brownian coagulation using the moment method. By comparing the expeimented results with the numerical predictions, the governing mechanism of the aerosol behavior proved to be gravitational coagulation.
In the sheet metal forming process, the drawbead is used to control the flow of material during the forming process. The drawbead provides proper restraining force to the material and prevents defects such as wrinkling or breakage. For these reasons, many studies for designing the effective drawbead have been conducted. For the analysis, the numerical method called the static-explicit finite element method was used. The finite element analysis code for this method has been developed and applied to the drawbead process problems. In result, convergence problem and computation time due to large non-linearity in the existing numerical analysis methods were no longer a critical problem. Futhermore, this approach could treat the contact friction problem easily by applying very small time intervals. It is expected that various results from the numerical analysis will give very useful information for the design of tools in sheet metal forming process.
The buckling analysis of the embedded sinusoidal piezoelectric beam is evaluated using numerical method. The smart beam is subjected to external voltage in the thickness direction. Elastic medium is simulated with two parameters of spring and shear. The structure is modelled by sinusoidal shear deformation theory (SSDT) and utilizing energy method, the final governing equations are derived on the basis of piezo-elasticity theory. In order to obtaining the buckling load, the differential quadrature method (DQM) is used. The obtained results are validated with other published works. The effects of beam length and thickness, elastic medium, boundary condition and external voltage are shown on the buckling load of the structure. Numerical results show that with enhancing the beam length, the buckling load is decreased. In addition, applying negative voltage, improves the buckling load of the smart beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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