Most high energy cosmic rays (CRs) are thought to be produced by diffusive shock acceleration (DSA) in supernova remnants (SNRs) within the Galaxy. Plasma and MHD simulations have shown that the self-excitation of MHD waves and amplification of magnetic fields via plasma instabilities are an integral part of DSA for strong collisionless shocks. In this study we explore how plasma processes such as plasma instabilities and wave-particle interactions can affect the energy spectra of CR protons and electrons, using time-dependent DSA simulations of SNR shocks. We demonstrate that the time-dependent evolution of the shock dynamics, the self-amplified magnetic fields and $Alfv{\acute{e}nic$ drift govern the highest energy end of the CR energy spectra. As a result, the spectral cutoffs in nonthermal X-ray and ${\gamma}$-ray radiation spectra are regulated by the evolution of the highest energy particles, which are injected at the early phase of SNRs. We also find that the maximum energy of CR protons can be boosted significantly only if the scale height of the magnetic field precursor is long enough to contain the diffusion lengths of the particles of interests. Thus, detailed understandings of nonlinear wave-particle interactions and time-dependent DSA simulations are crucial for understanding the nonthermal radiation from CR acceleration sources.
In the high convective gas flow condition, irregular shaped water waves from which droplet entrainment occurs are generated under horizontally stratified two-phase flow condition. KAERI proposed a new mechanistic droplet entrainment model based on the momentum balance equation consisting of the shear stress, surface tension, and gravity forces. However, this model requires correlation or experimental data of several physical parameters related to the wave characteristics. In the present study, we tried to measure the physical parameters such as wave slope, wave hypotenuse length, wave velocity, wave frequency, and wavelength experimentally. For this, an experiment was conducted in the horizontal rectangular channel of which width, height, and length are, respectively, 40 mm, 50 mm, and 4.2 m. In the present test, the working fluids are chosen as air and water. The PIV technique was applied not only to obtain images for phase interface waves but also to measure the velocity field of the water flow. Additionally, we developed the parallel wire conductance probe for the confirmation of wave height from PIV image. Finally, we measured the physical parameters to be used in the validation of new droplet entrainment model.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.18
no.3
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pp.135-142
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2015
Floating offshore structures should be designed by considering the most extreme environmental loadings which may be encountered in their design life. The most severe loading on a wave-offshore wind hybrid power generation system is wave loads. The principal parameters of wave loads are wave length, wave height and wave direction. The wave loads have different effects on the structural behavior characteristic depending on the combination of wave parameters. Therefore, the process of investigation for critical loads based on the individual wave loading parameter is need. Namely, the equivalent design wave should be derived by finding the wave condition which generates the maximum stress in entire wave conditions. Through a series of analysis, an equivalent regular wave height can be obtained which generates the same amount of the hydrodynamic loads as calculated in the response analysis. The aim of this study is the determination of equivalent design wave regarding to characteristic global hydrodynamic responses for wave-offshore wind hybrid power generation system. It will be utilized in the global structural response analysis subjected to selected design waves and this study also includes an application of global structural analysis.
Uk-Jae, Lee;Byeong Wook, Lee;Dong-Hui, Ko;Hong-Yeon, Cho
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.6
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pp.266-274
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2022
In this study, a smoothing method was applied to improve the accuracy of peak wave period estimation using the water surface elevation observed from the Oceanographic and Meteorological Observation Tower located on the west coast of the Korean Peninsula. Validation of the application of the smoothing method was per- formed using variance of the surface elevation and total amount wave energy, and then the effect on the application of smoothing was analyzed. As a result of the analysis, the correlation coefficient between variance of the surface elevation and total amount wave energy was 0.9994, confirming that there was no problem in applying the method. Thereafter, as a result of reviewing the effect of smoothing, it was found to be reduced by about 4 times compared to the confidence interval of the existing estimated spectrum, confirming that the accuracy of the estimated peak wave period was improved. It was found that there was a statistically significant difference in proba- bility density between 4 and 6 seconds due to the smoothing application. In addition, for optimal smoothing, the appropriate number of smoothings according to the significant wave height range was calculated using a statistical technique, and the number of smoothings was found to increase due to the unstable spectral shape as the significant wave height decreased.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.16
no.4
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pp.91-105
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2013
This study performed an assessment of wave power potential in the Kangwon and Dongnam regions encompassing the East Sea and part of South Sea. Annual electricity production and economic effects of 28 wave energy converters with 750kW capacity were analyzed using significant wave height and peak wave period data(created from the NOAA's NWW3 model) and InVEST software(developed by Stanford University and University of Minnesota). Annual electricity production was estimated to be up to 1,207MWh/year and at least 163MWh/year. The spatial pattern of annual electricity production showed that the sea far from land has higher wave power potential than the sea near coast. The net present value(NPV) of 28 wave energy converters was calculated by considering an operation period of 25 years. When assuming that the electricity produced from wave energy converters is transferred to onshore power plants through underwater cables, the NPV was estimated to be up to 5,883USD(6,600,000KRW) and at least -63,494USD(-71,000,000KRW). In contrast, the NPV increased up to 28,095 USD(31,600,000KRW) when assuming that the electricity is utilized in the Ulleungdo and Dokdo. In addition, it was found that the break-even line of NPV in the East Sea becomes closer towards the land according to the increment of electricity price. The NPV of wave energy converters near the Ulleungdo and Dokdo will be 88,158 USD(99,000,000KRW) if the increment of electricity price is 100KRW.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.20
no.2
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pp.91-99
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2017
The parametric study was performed for performance enhancement of wave energy converter(WEC) using a submerged pendulum plate. The wave exciting moment and hydrodynamic moment were obtained by means of eigenfunction expansion method based on the linear potential theory, and then the roll response of a pendulum plate and time averaged extracted power were investigated. The optimal PTO damping coefficient was suggested to give optimal extracted power. The peak value of optimal extracted power occurs at the resonant frequency. The resonant peak and it's width increase, as the height and thickness of a pendulum plate increase. The mooring line installed at the end of the pendulum plate is effective for extracting wave energy because it can not only induce the resonance with the waves of the installation site but also increase the restoring moment in case of PTO-on. The WEC using a rolling pendulum plate suitable for the shallow water acts as breakwater as well as energy extraction device.
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.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.2
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pp.173-177
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2006
From the viewpoint of coastal hydrodynamics, one of the most important effects of global warming is a sea-level rise in coastal areas. In the present study, impacts on port facilities against sea-level rise were investigated. The sea-level rise causes the increase of the water depth, and it generates variations on the wave height, buoyancy, tidal system and nearshore current system and so on. The increase of water depth gives rise to the decrease of crown height of the structure and it causes increase of wave overtopping quantity. It may flood the port zone and its facilities, and may decrease harbor tranquility. It also leads to difficulties on navigation, mooring and loading/unloading at the port. Increase in water depth also causes increase of wave height in surf zone. This high wave makes structures unstable and may cause them to collapse during storm. In addition, increase in buoyant force due to sea-level rise also makes the gravity type structures unstable. Consequently, theses variations due to sea-level rise will cause functional deterioration of port facilities. In order to protect port facilities from the functional deterioration, reinforcement plan is required such as raising the crown height and increase in block weight and so on. Hence proper estimation method for the protection cost is necessary in order to protect port facilities efficiently. Moreover response strategies and integrated coastal zone management plan is required to maintain the function of port facilities. A simple estimation of cost for breakwaters in Korea was performed in the present study.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.1
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pp.10-15
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2012
Wave characteristics in the presence of energy damping are investigated using the linear shallow water equations. To get the phase and energy velocities, geometric optics approach is used and then these values are validated through numerical experiments. Energy damping affects wave height, phase and energy velocities which result in wave transformation. When the complex wavenumber is used by the Eulerian approach, it is found that the phase velocity decreases as the damping increases while the energy velocity increases showing higher values than the phase velocity. When the complex angular frequency is used by the Lagrangian approach, the energy-damping wave group is found to propagate in the energy velocity. The energy velocity is found to affect shoaling and refraction coefficient which is verified through numerical experiments for waves on a plane slope.
Employment of the wave propagation approach with the combination of Pasternak foundation equation gives birth to the shell frequency equation. Mathematically, the integral form of the Lagrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. A cylindrical shell is placed on the elastic foundation of Pasternak. For isotropic materials, the physical properties are same everywhere, whereas the laminated and functionally graded materials, they vary from point to point. Here the shell material has been taken as functionally graded material. The influence of the elastic foundation, wave number, length and height-to-radius ratios is investigated with different boundary conditions. The frequencies of length-to-radius and height-to-radius ratio are counter part of each other. The frequency first increases and gain maximum value in the midway of the shell length and then lowers down for the variations of wave number. It is found that due to inducting the elastic foundation of Pasternak, the frequencies increases. It is also exhibited that the effect of frequencies is investigated by varying the surfaces with stainless steel and nickel as a constituent material. MATLAB software is utilized for the vibration of functionally graded cylindrical shell with elastic foundation of Pasternak and the results are verified with the open literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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