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.
The heat transfer performance and energy transport ability are relatively high due to higher specific heat. Therefore, it can be used in fields such as heating, ventilating, air-conditioning, refrigeration and heat exchangers. In this study, liquid-cooling heat exchangers were designed and tested by varying geometry and operating conditions. In addition, liquid-cooling heat exchangers were tested to provide performance data for MPCM slurry. The liquid-cooling heat exchangers had twelve rectangular channels with flow paths of 1, 2, 4 and 12. Silicon rubber heaters were used to control the heat load to the heat exchanger. Heat input ranged from 293 to 800 W, and inlet temperatures of working fluid varied from 15S to $27^{\circ}C$. The standard deviation of surface temperature was strongly affected by the coolant of MPCM Slurry, All MPCM-cooling heat exchangers showed higher cooling performance than the water-cooling heat exchanger except one path channel heat exchanger.
Corrosion of structural materials presents a critical challenge in the use of lead-bismuth eutectic (LBE) as a nuclear coolant in an accelerator-driven system. By forming a protective layer on the steel surfaces, corrosion of steels in LBE cooled reactors can be mitigated. The amount of oxygen concentration required to create a continuous and stable oxide layer on steel surfaces is related to the oxidation process. So far, there is no oxidation experiment in fuel assemblies (FA), let alone specific oxidation detail information. This information can be, however, obtained by numerical simulation. In the present study, a new coupling method is developed to implement a coupling between the oxygen mass transfer model and the commercial computational fluid dynamics (CFD) software ANSYS-CFX. The coupling approach is verified. Using the coupling tool, we study the oxidation process of the FA and investigate the effects of different inlet parameters, such as temperature, flow rate on the mass transfer process.
The dynamic performance of the wave energy converter (WEC) rotor with different geometric parameters such as depth of submergence and beak angle has been assessed by considering the linear potential flow theory using WAMIT solver and along with the computational fluid dynamics (CFD). The effect of viscous damping is incorporated by conducting numerical free decay test using CFD. The hydrodynamic coefficients obtained from the WAMIT, viscous damping from the CFD and estimated PTO damping are used to solve the equation of motion to obtain the final pitch response, mean optimal power and capture width. The viscous damping is almost 0.9 to 4.6 times when compared to the actual damping. It is observed that by neglecting the viscous damping the pitch response and power are overestimated when compared to the without viscous damping. The performance of the pitch WEC rotor in the Jeju western coast at the Chagwido is analyzed using Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) spectrum and square-root of average extracted power is obtained. The performance of WEC rotor with depth of submergence 2.8 m and beak angle $60^{\circ}$ found to be good compared to the other rotors.
Unlike land-based nuclear power plants, a marine or floating reactor is affected by external forces due to ocean conditions. These external forces can cause additional accelerations and affect each system and equipment of the marine reactor. Therefore, in designing a marine reactor and evaluating its performance and stability, a thermal hydraulic safety analysis code is necessary to consider the thermal hydrodynamic effects of ship motion. MARS, which is a reactor system analysis code, includes a dynamic motion model that can simulate the thermal-hydraulic phenomena under three-dimensional motion by calculating the body force term included in the momentum equation. In this study, it was verified that the dynamic motion model can simulate fluid motion with reasonable accuracy using conceptual problems. In addition, two modifications were made to the dynamic motion model; first, a user-supplied table to simulate a realistic ship motion was implemented, and second, the flow regime map determination algorithm was improved by calculating the volume inclination information at every time step if the dynamic motion model was activated. With these modifications, MARS could simulate the thermal-hydraulic phenomena under ocean motion more realistically.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.61
no.2
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pp.85-95
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2019
The internal environment in pig house is closely related to the animal productivity. In addition, it is important to consider a working environment inside the pig house due to high gas and dust concentrations. The poor working environment inside the pig house can cause health problems including respiratory diseases. To analyze the working environment, it is important to evaluate the ventilation efficiency to effectively remove harmful gases and dust. The purpose of this study is to develop a 3D CFD model to analyze the working environment in the pig house. CFD model was validated by comparing air temperature distributions between CFD computed and field measured data. The average air flow rate at the pig height was 40.1 % lower than the working height when incoming air was concentrated on upper layer by the installed ventilation system on the experimental pig house. Using the validated CFD model, the regional ventilation efficiency was computed by the TGD(tracer gas decay) method at the pig and working heights. There was a difference of ventilation efficiency on 14 % between the air stagnated section and the rest sections. Stagnated gas concentration can be effected by animal and human health.
Control of horseshoe vortex in the circular cylinder-plate juncture using vortex generator (VG) was studied at $Re_D$(where D is the diameter of the cylinder) = $2.05{\times}10^5$. Impact of a number of parameters e.g., the shape of the VG's, number of VG pairs (n), spacing between the VG and the cylinder leading edge (L), lateral gap between the trailing edges of a VG pair (g), streamwise gap between two VG pairs ($S_{VG}$) and the spacing between the two VG's in parallel arrangement ($Z_{VG}$) etc. were investigated on the horseshoe vortex control. The study is conducted using surface oil flow visualization and surface pressure measurements in low speed wind tunnel. It is observed that all the parameters studied have significant control effect, either by reduction in separation region or by lowering the adverse pressure along the symmetric axis upstream of the juncture.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.24
no.1
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pp.84-98
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2021
The hydrodynamic characteristics of amphibious assault vehicles are investigated using commercial CFD code, STAR-CCM+. Resistance performances of a displacement-type vehicle and a semi-planing type vehicle are analyzed in calm water. The self-propelled model is also computed for the semi-planing type vehicle. All computations are performed using an overset mesh system and a RANS based flow-solver coupled with a two-degree of freedom equations of motion. A moving reference frame is applied to simulate revolutions of impeller blades for a waterjet propulsion system. Grid dependency tests are performed to evaluate discretization errors for the mesh systems. The numerical analysis results are compared with the experimental results obtained from model tests. It is shown that RANS is capable of investigating the resistance and self-propulsion characteristics of high-speed amphibious assault vehicles. It is also found that a fully covered side skirt, which is covering tracks, reduces resistance and stern trim, besides increasing propulsive efficiency.
Recently several authors have extended the Beta function by using its integral representation. However, in many cases no expression of these extended functions in terms of classic special functions is known. In the present paper, we introduce a further extension by defining a family of functions Gr,s : ℝ*+ → ℂ, with r, s ∈ ℂ and ℜ(r) > 0. For given r, s, we prove that this function satisfies a second-order linear differential equation with rational coefficients. Solving this ODE, we express Gr,s as a combination of confluent hypergeometric functions. From this we deduce a new integral relation satisfied by Tricomi's function. We then investigate additional specific properties of Gr,1 which take the form of new non trivial integral relations involving exponential and error functions. We discuss the connection between Gr,1 and Stokes' first problem (or Rayleigh problem) in fluid mechanics which consists in determining the flow created by the movement of an infinitely long plate. For $r{\in}{\frac{1}{2}}{\mathbb{N}}^*$, we find additional relations between Gr,1 and Hermite polynomials. In view of these results, we believe the family of extended beta functions Gr,s will find further applications in two directions: (i) for improving our knowledge of confluent hypergeometric functions and Tricomi's function, (ii) and for engineering and physics problems.
Seo, Dongil;Song, Museok;Hwang, Hyundong;Choi, Jae-hun
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.18
no.4
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pp.437-444
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2004
To control algal bloom in reservoirs in Korea, artificial circulation systems have been applied. Diffuser block aeration systems have been increasingly used in Korean reservoirs especially for shallow ones. However, there has been no sound theoretical background for the design and operation of the system. Also there has not been sufficient post-installation studies to validate the effectiveness of the system. As a result, it has been repeatedly reported that the success of the system is not certain. Proper consideration on thermal stratification regimes of reservoirs and flow dynamics induced by bubble plumes are essential elements in design processes of the aeration system. This paper discusses the current methods in the design of diffuser type aeration system and suggests a new design method based on fluid mechanical theory. Example calculations were discussed using observed data of the Yeoncho Dam and it seems that the results represent the current situation successfully.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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