The purpose of this paper is to understand and model the slow current (~2 m/s) effects on the global response of a floating offshore platform in waves. A time-domain numerical simulation of full wave-current-body interaction by a quadratic boundary element method (QBEM) is applied to compute the hydrodynamic loads and motions of a floating body under the combined influence of waves and current. The study is performed in the context of linearized potential flow theory that is sufficient in understanding the leading-order current effect on the body motion. The numerical simulations are validated by quantitative comparisons of the hydrodynamic coefficients with the WAMIT prediction for a truncated vertical circular cylinder in the absence of current. It is found from the simulation results that the presence of current leads to a loss of symmetry in flow dynamics for a tension-leg platform (TLP) with symmetric geometry, resulting in the coupling of the heave motion with the surge and pitch motions. Moreover, the presence of current largely affects the wave excitation force and moment as well as the motion of the platform while it has a negligible influence on the added mass and damping coefficients. It is also found that the current effect is strongly correlated with the wavelength but not frequency of the wave field. The global motion of a floating body in the presence of a slow current at relatively small encounter wave frequencies can be satisfactorily approximated by the response of the body in the absence of current at the intrinsic frequency corresponding to the same wavelength as in the presence of current. This finding has a significant implication in the model test of global motions of offshore structures in ocean waves and currents.
Touboul, Julien;Pelinovsky, Efim;Kharif, Christian
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.3
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pp.222-227
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2007
Formation of freak waves is studied in deep water from transient wave packets propagating on current. Those waves are obtained by means of dispersive focusing. This process is investigated by solving both linear and nonlinear equations. The role of nonlinearity is emphasized in this interaction.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.6
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pp.557-564
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2007
The effect of wave and current interactions on regular wave transformation over a submerged elliptic shoal is investigated based on numerical simulations of the Vincent and Briggs experiment [Vincent, C.L., Briggs, M.J., 1989. Refraction-diffraction of irregular waves over a mound. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 115(2), pp. 269-284]. The numerical simulations are conducted by constituting two numerical model systems: a combination of SWAN(a wave model) plus SHORECIRC(a current model) and a combination of REF/DIF 1(a wave model) plus SHORECIRC. A time dependent phase-resolving wave-current model, FUNWAVE, is also utilized to simulate the experiment. In the simulations, the breaking-induced currents defocus waves behind the shoal and bring on a wave shadow zone that shows relatively low wave height distributions. The computed results of the two model systems agree better with the measurements than the computed results obtained by neglecting wave-current interaction do. However, it is found that the radiation stresses for standing waves are misevaluated in the wave models. In addition, the results of FUNWAVE show very good agreement with the measurements. The agreement indicates that it is necessary to take into account the effect of breaking-induced current on wave refraction when wave-breaking occurs over a submerged shoal.
This paper presents a hybrid numerical approach, which combines a two-phase Navier-Stokes model (NS) and the fully nonlinear potential theory (FNPT), for modelling wave-structure interaction. The former governs the computational domain near the structure, where the viscous and turbulent effects are significant, and is solved by OpenFOAM/InterDyMFoam which utilising the finite volume method (FVM) with a Volume of Fluid (VOF) for the phase identification. The latter covers the rest of the domain, where the fluid may be considered as incompressible, inviscid and irrotational, and solved by using the Quasi Arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method (QALE-FEM). These two models are weakly coupled using a zonal (spatially hierarchical) approach. Considering the inconsistence of the solutions at the boundaries between two different sub-domains governed by two fundamentally different models, a relaxation (transitional) zone is introduced, where the velocity, pressure and surface elevations are taken as the weighted summation of the solutions by two models. In order to tackle the challenges associated and maximise the computational efficiency, further developments of the QALE-FEM have been made. These include the derivation of an arbitrary Lagrangian-Eulerian FNPT and application of a robust gradient calculation scheme for estimating the velocity. The present hybrid model is applied to the numerical simulation of a fixed horizontal cylinder subjected to a unidirectional wave with or without following current. The convergence property, the optimisation of the relaxation zone, the accuracy and the computational efficiency are discussed. Although the idea of the weakly coupling using the zonal approach is not new, the present hybrid model is the first one to couple the QALE-FEM with OpenFOAM solver and/or to be applied to numerical simulate the wave-structure interaction with presence of current.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.1
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pp.70-78
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2011
At Haeundae Beach in Busan, people were swept away by the fast-moving rip current and rescued, on August 13th and 15th, 2009 & July 29th and 30th, 2010. In predicting the wave-induced current and consequent tube movement for public safety, the coastal flows and waves are calculated at each time step and grid point by means of systematic interfacing of hydrodynamic and wave models (Lee, 2001). To provide a user-friendly simulation tool for end-users, the forecasting system has been built in a software package called HAECUM. Outputs from the system are viewed as graphs of tube positions with combined current vectors for easy decision of emergency management officials. The tube-wave interaction is taken into account and the traces of swim tube are simulated by using a Lagrangian random walk (Chorin, 1978; Lee, 1994). In this study, we use the Lee's approach (Lee, 1993) in estimating the surface onshore currents due to wave breaking.
The main purpose of the current study is to develop the new coefficients for consideration of soil-structure interaction effects to find the elevated tank natural period. Most of the recommended relations to find the natural period just assumed the fixed base condition of elevated tank systems and the soil effects on the natural period are neglected. Two different analytical systems considering soil-structure- fluid interaction effects are recommended in the current study. Achieved results of natural impulsive and convective period, concluded from mentioned models are compared with the results of a numerical model. Two different sets of new coefficients for impulsive and convective periods are developed. The values of the developed coefficients directly depend to soil stiffness values. Additional results show that the soil stiffness not only has significant effects on natural period but also it is effective on liquid sloshing wave height. Both frequency content and soil stiffness have significant effects on the values of liquid wave height.
A method aimed at improving the beam-wave interaction efficiency by changing the coupling slot configuration has been proposed in the study of extended interaction oscillators (EIOs). The dispersion characteristics, coupling coefficient and interaction impedance of the high-frequency structure based on different types of coupling slots have been investigated. Four types of coupled cavity structures with different layouts of the coupling slots have been compared to improve the beam-wave interaction efficiency, so as to analyze the beam-wave interaction and practical applications. In order to determine the improvement of the coupling slot to a coupled cavity circuit in an EIO, we designed four nine-gap EIOs based on the coupled cavity structure with different coupling slot configurations. With different operating frequencies and voltages takes into consideration, beam voltages from 27 to 33 kV have been simulated to achieve the best beam-wave interaction efficiency so that the EIOs are able to work in the $2{\pi}$ mode. The influence of the Rb and the ds on the output power is also taken into consideration. The Rb is the radius of the electron beam, and the ds is the width of the coupling slot. The simulation results indicate that a single-slot-type EIO has the best beam-wave interaction efficiency. Its maximum output power is 2.8 kW and the efficiency is 18% when the operating voltage is 31 kV and electric current is 0.5 A. The output powers of these four EIOs that were designed for comparison are not less than 1.7 kW. The improved coupling-slot configurations enables the extended interaction oscillator to meet the different engineering requirements better.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.80-90
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2006
The influence of waves on the dynamic properties of bending moments at the root of blades of tidal stream vertical axis rotors is reported. Blade theory for wind turbine is combined with linear wave theory and used to analyse this influence. Experiments were carried out to validate the simulation and the comparison shows the usefulness of the theory in predicting the bending moments. The mathematical model is then used to study the importance of waves for the fatigue design of the blade-hub connection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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