The purpose of this study is to develop a tool for the analysis of the cavitating flow around trans-cavitating marine propellers. In this study, a linearized super-cavitation theory was applied in order to analyze the performance of the 2-dimensional foils. The numerical results correlated very well with experimental data. The trans-cavitating propellers, manufactured and tasted in KRISO, is selected to validate the lifting surface procedure. For a TCP with a Johnson's five term section, the comparison between the numerical prediction and experiments is fairly good and promising. The new lifting surface procedure, developed and validated with 2-D foils and a TCP, is generally considered applicable to the practical design of the trans-cavitating propeller with Johnson's five term section
Kim, Jin;Kim, Kwang-Soo;Kim, Gun-Do;Park, Il-Ryong;Van, Suak-Ho
Journal of Ship and Ocean Technology
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v.10
no.4
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pp.1-11
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2006
The finite volume based multi-block RANS code, WAVIS developed at MOERI is applied to the numerical self-propulsion test. WAVIS uses the cell-centered finite volume method for discretization of the governing equations. The realizable $k-{\epsilon}$ turbulence model with a wall function is employed for the turbulence closure. The free surface is captured with the two-phase level set method and body forces are used to model the effects of a propeller without resolving the detail blade flow. The propeller forces are obtained using an unsteady lifting surface method based on potential flow theory. The numerical procedure followed the self-propulsion model experiment based on the 1978 ITTC performance prediction method. The self-propulsion point is obtained iteratively through balancing the propeller thrust, the ship hull resistance and towing force that is correction for Reynolds number difference between the model and full scale. The unsteady lifting surface code is also iterated until the propeller induced velocity is converged in order to obtain the propeller force. The self-propulsion characteristics such as thrust deduction, wake fraction, propeller efficiency, and hull efficiency are compared with the experimental data of the practical container ship. The present paper shows that hybrid RANS and potential flow based numerical method is promising to predict the self-propulsion parameters of practical ships as a useful tool for the hull form and propeller design.
The object of this study is in the development of the computer program to predict the performance of rotor in hovering by getting the aerodynamic load acting on blade. For this work the vortex theory was chosen among the aerodynamic theories, blade was replaced by planar vortex panels, and prescribed wake for the wake geometry was selected and then represented by vortex lattices. To get the aerodynamic load on blade, flow was assumed to be incompressible, irrotational and steady, and the surface boundary condition of inviscid flow was used as boundary condition. Then the relationships between this load and flight condition and blade geometry were examined.
Jang, Hyun-Gil;Nho, In Sik;Hong, Chang-Ho;Lee, Chang-Sup
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.6
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pp.528-533
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2012
Flexible composite propellers are subject to large deformation under heavy loading, and hence the hydrodynamic performance of deformed propeller might deviate from that of the metallic propeller under negligible deformation. To design the flexible propeller, it is therefore necessary to be able to evaluate the structural response of the blades to the hydrodynamic loadings, and then the influence of the blade deformation upon the hydrodynamic loadings. We use the lifting-surface-theory-based propeller analysis and design codes in solving the hydrodynamic problem, and the finite-element-method program formulated with 20-node iso-parametric solid elements for the analysis of the structural response. The two different hydrodynamic and structural programs are arranged to communicate through the carefully-designed interface scheme which leads to the derivation of the geometric parameters such as the pitch, the rake and the skew distributions common to both programs. The design of flexible propellers, suitable for manufacturing, is shown to perform the required thrust performance when deformed in operation. Sample design shows the fast iteration scheme and the robustness of the design procedure of the flexible propellers.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.26
no.4
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pp.27-34
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1989
A potential-based panel method is formulated for the analysis of a partially cavitating 2-dimensional hydrofoil. The method employs dipoles and sources distributed on the foil surface to represent the lifting and cavity problems, respectively. The kinematic boundry condition on the wetted portion of the foil surface is satisfied by requiring that the total potential vanish in the inner flow region of the foil. The dynamic boundary condition on the cavity surface is satisfied by requiring that the potential vary linearly, i.e., the velocity be constant. Green's theorem then results in a potential-based boundary value problem rather than a usual velocity-based formulation. With the singularities distributed on the exact hydrofoil surface, the pressure distributions are predicted with more improved accuracy than the zero-thickness hydrofoil theory, especially near the leading edge. The theory then predicts the cavity shape and cavitation number for an assumed cavity length. To improve the accuracy, the sources and dipoles on the cavity surface are moved to the newly computed cavity surface, where the boundary conditions are satisfied again. It was found that five iterations are necessary to obtain converged values, while only two iterations are sufficient for engineering purpose.
For free surface flow problem, a high-order spectral/boundary element method is adapted as an efficient numerical tool. This method is one of the most efficient numerical methods by which the nonlinear gravity waves can be simulated and hydrodynamic forces also can be calculated in time domain. In this method, the velocity potential is expressed as the sum of surface potential and body potential. Then, surface potential is solved by using the high-order spectral method and body potential is solved by using the high-order boundary element method. Using the combination of these two methods, the free surface flow problems of a submerged moving body are solved in time domain. In the present study, lifting surface theory is added to the former work to include effects of lift force. Therefore, a new formulation for the basic mathematical theory is introduced to contain the lift body in calculation.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.4
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pp.15-26
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1990
This paper describes a potential-baoed panel method formulated for the analysis cf a supercavitating two-dimensional symmetri strut. The method employs normal dipoles and sources distributed on the foil and cavity surfaces to represent the potential flow around the cavitating hydrofoil. The kinematic boundary condition on the wetted portion of the foil surface is satisfied by requiring that the total potential vanish in the fictitious inner flow region of the foil, and the dynamic boundary condition on the cavity surface is satisfied by requiring that the potential vary linearly, i.e., the tangential velocity be constant. Green's theorem then results in a potential-based integral equation rather than the usual velocity-based formulation of Hess & Smith type, With the singularities distributed on the exact hydrofoil surface, the pressure distributions are predicted with improved accuracy compared to those of the linearized lifting surface theory, especially near the leading edge. The theory then predicts the cavity shape and cavitation number for an assumed cavity length. To improve the accuracy, the sources and dipoles on the cavity surface are moved to the newly computed cavity surface, where the boundary conditions are satisfied again. This iteration process is repeated until the results are converged.
Vortex generators are commonly used in mechanical engineering and the aerospace industry to suppress flow separation owing to their advantages of simple structure, economic viability, and high level of efficiency. Owing to the flow separation of the incoming wind on the leading edge, a suction area is formed on the roof surface, which results in a lifting effect on the roof. In this research, vortex generators were installed on the windward surface of a flat roof and used to disturb to roof flow field and reduced suction based on flow control theory. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were performed in this study to investigate the effects of vortex generators on reduce suction. It was determined that when the vortex generator was installed on the top of the roof on the windward surface, it had a significant control effect on reduce suction on the roof leading edge. In addition, the influence of parameters such as size, placement interval, and placement position of the vortex generator on the control effect of the roof's suction is also discussed.
In this paper, a classical gust problem is treated by using the numerical lifting¬-surface theory to verify the effect of gust-a sudden fluctuating fluid velocity around an object, which is normal to the main stream direction-on the hydrody¬namic forces, especially the mean thrust in upstream direction, acting on the two¬-dimensional flat plate. In this case, the mean thrust wholly resorts to the leading edge suction, and it is the same situation to the case of the heaving plate in uniform flow. The ph¬enomenon of leading edge suction is very important for the flapping propulsion of animals, typical to fish and birds, and can be related to the prediction of the hydrodynamic forces acting on marine propellers operating in gustlike wakes of ships. The results of this paper can be easily superposed to those of the reference [1J in order to solve the problem of the two-dimensional oscillacting plate in gust
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.2
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pp.12-20
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2004
In this study, a linearized super-cavitation theory was applied in order to analyse the performance of the 2-dimensional foils. For flat plate with non-thickness, the numerical results correlated very well with Nishiyama's theoretical results for closed cavitation model. For plano-convex section, the numerical results correlated very well with Wade's experimental data. The new lifting surface procedure, developed and validated in this study, is generally considered applicable to the performance analyses of the super-cavitating propeller and trans-cavitating propeller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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