The present study numerically investigated the influence of the waveform distribution on the tsunami-vegetation interaction using a non-reflected wave generation system for various tsunami waveforms in a two-dimensional numerical wave tank. First, it was possible to determine the wave attenuation mechanism due to the tsunami-vegetation interaction from the spatial waveform, flow field, vorticity field, and wave height distribution. The combination of fluid resistance in the vegetation and a large gap and creates a vortex according to the flow velocity difference in and out of the vegetation zone. Thus, the energy of a tsunami was increasingly reduced, resulting in a gradual reduction in wave height. Compared to existing approximation theories, the double volumetric ratio of the waveform increased the reflection coefficient of the tsunami-vegetation interaction by 34%, while decreasing the transfer coefficient and energy attenuation coefficient by 25% and 13%, respectively. Therefore, the hydraulic characteristics of a tsunami is highly likely to be underestimated if the solitary wave of the approximation theory is applied for the tsunami.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.257-263
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2013
In this study, dynamic behaviors of a wave energy generation system (WEGS) that converts wave energy into electric energy are analyzed using multibody dynamics techniques. Many studies have focused on reducing the effects of a mooring system on the motion of a WEGS. Several kinematic constraints and force elements are employed in the modeling stage. Three-dimensional wave load equations are used to implement wave loads. The dynamic behaviors of a WEGS are analyzed under several wave conditions by using MSC/ADAMS, and the rotating speed of the generating shaft is investigated for predicting the electricity capacity. The dynamic behaviors of a WEGS with a mooring system are compared with those of a WEGS without a mooring system. Stability evaluation of a WEGS is carried out through simulation under extreme wave load.
Clean and renewable energy technologies using ocean energy give us non-polluting alternatives to fossil and nuclear-fueled power plants to meet establishment of countermeasures against the global warming and growing demand for electrical energy. Among the ocean energy resources, wave power takes a growing interest because of its enormous amount of potential energy in the world. Therefore, various types of wave power conversion system to capture the energy of ocean waves have been developed. However, suitable turbine type is not normalized yet because of relatively low efficiency of the turbine systems. The purpose of this study is to investigate the internal flow and performance characteristics of a cross-flow type hydro turbine, which will be built in a caisson for wave power generation. Numerical simulation using a commercial CFD code is conducted to clarify the effects of the turbine rotation speed and flow rate variation on the turbine characteristics. The results show that the output power of the cross-flow type hydro turbine with symmetric nozzle shape is obtained mainly from Stage 2. Turbine inlet configuration should be designed to obtain large amount of flow rate because the static pressure and absolute tangential velocity are influenced considerably by inlet flow rate.
The hydraulic power-take-off mechanism (HPTO) is one of the most popular methods in wave energy converters (WECs). However, the conventional HPTO with only one direction motion has a number of drawbacks that limit its power capture capability. This paper proposes an adjustable moving angle wave energy converter (AMAWEC) and investigates the effect of the moving angle on the performance of the wave energy converter to find the optimal moving angle in order to increase the power capture capability as well as energy efficiency. A mathematical model of components from a floating buoy to a hydraulic motor was modeled. A small scale WEC test rig was fabricated to verify the power capture capability and efficiency of the proposed system through experiments.
This paper proposes a multi absorbing wave energy converter design, in which a hydrostatic transmission is used to transfer wave energy to electric energy. The most important feature of this system is its combination of the pressure coupling principle with the use of a hydraulic accumulator to eliminate the effects of wave power fluctuation; this maintains a constant speed of the hydraulic motor. Tilt motion of a floating buoy was employed as the power take-off mechanism. Furthermore, a PID controller was designed to carry out the speed control of the hydraulic motor. The design offers some advantages such as extending the life of the hydraulic components, increasing the amount of energy harvested, and stabilizing the output speed.
The supercritical carbon dioxide (S-CO2) Brayton cycle is an important energy conversion technology for the fourth generation of nuclear energy. Since the printed circuit heat exchanger (PCHE) used in the S-CO2 Brayton cycle has narrow channels, Rayleigh-Bénard (RB) convection is likely to exist in the tiny channels. However, there are very few studies on RB convection in supercritical fluids. Current research on RB convection mainly focuses on conventional fluids such as water and air that meet the Boussinesq assumption. It is necessary to study non-Boussinesq fluids. PRB convection refers to RB convection that is affected by horizontal incoming flow. In this paper, the computational fluid dynamics simulation method is used to study the PRB convection phenomenon of non-Boussinesq fluid-supercritical carbon dioxide. The result shows that the inlet Reynolds number (Re) of the horizontal incoming flow significantly affects the PRB convection. When the inlet Re remains unchanged, with the increase of Rayleigh number (Ra), the steady-state convective pattern of the fluid layer is shown in order: horizontal flow, local traveling wave, traveling wave convection. If Ra remains unchanged, as the inlet Re increases, three convection patterns of traveling wave convection, local traveling wave, and horizontal flow will appear in sequence. To characterize the relationship between traveling wave convection and horizontal incoming flow, this paper proposes the relationship between critical Reynolds number and relative Rayleigh number (r).
To experimentally investigate the several wave patterns for the horizontal countercurrent stratified air-water flow, a series of systematic experimental studies have been performed. The experiments are carried out in a horizontal pipe with 4m in length and 102mm in inner diameter. The oater and air superficial velocities vary from 0.0004 to 0.0204 and from 0 to 6m/s, respectively. The instantaneous water thickness is measured by parallel-wire conductance probes, and the wave field is recorded by high speed video camera. Also, to evaluate the wave effect on interfacial friction factor, the pressure drop is measured. Statistical data anal)sis is accomplished in order to obtain the fundamental wave parameters such as un amplitude, length and velocity, and spatial growth factor. By using these statistical parameters, the wave regime boundaries can be verified.
Kim, Tae-Eon;Chun, Han-Yong;Kim, Jin-Oh;Park, Joon-Kwan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.3
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pp.296-307
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2010
This paper deals with the energy transmission ratio of the elastic waves transmitting through a solid wall. Based on the displacement of the reflected and transmitted waves relative to the incident waves, the energy transmission ratio of the wave was obtained by multiplying the vibration velocity and stresses. Numerical calculation provided with the transmission ratio and refraction angle corresponding to the incidence angle, and it showed the mode conversion from the incident longitudinal wave to the transmitted transverse wave in particular incidence angle range. The paper established a procedure to find the incidence angle of the maximum energy transmission ratio and confirmed it by experiment.
The interaction of head waves with an infinite row of identical, equally spaced, rectangular breakwaters is investigated in the presence of uneven bottom topography. Using linear water wave theory and matched eigenfunction expansion method, the boundary value problem is transformed into a system of linear algebraic equations which are numerically solved to know the velocity potentials completely. Utilizing this method, reflected and transmitted wave energy are computed for different physical parameters along with the wave field in the vicinity of breakwaters. It is observed that the wave field becomes more complicated when the incoming wavelength becomes smaller than the channel width. A critical ratio of the gap width to the channel width, corresponding to the inflection point of the transmitted energy variation, is identified for which 1/3 of the total energy is transmitted. Similarly, depending on the incident wavelength, there is a critical breakwater width for which a minimum energy is transmitted. Further, the accuracy of the computed results is verified by using the derived energy relation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.12
no.4
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pp.195-202
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2000
Recently, wave dissipating structures with porosity are widely used to improve habor tranquility and to reduce the wave overtopping rate. In this study, hydraulic model tests were performed to examine hydraulic efficiency of slit caissons, igloo blocks, and hollow blocks. The model tests showed that slit caissons were the most effective in dissipating wave energy under moderate wave conditions. Slit caissons and igloo blocks showed no significant difference in reducing wave overtopping rate. Hallow blocks are less effective in reducing wave overtopping rate than slit caissons and igloo blocks lU1der higher wave energy conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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