The effect of the Dirichlet boundary condition for the redistance equation of level set method on the solutionof sloshing problem is investigated by adopting four Dirichlet boundary conditions. For the solution of the incompressible Navier-Stokes equations, P1P1 four-step fractional finite element method is employed and a least-square finite element method is used for the solutions of the two hyperbolic type equations of level set method; advection and redistance equation. ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is used to deal with a moving computational domain. It has been shown that the free surface motion in a sloshing tank is strongly dependent on the type of the Dirichlet boundary condition and the results of broken dam and sloshing problems using various Dirichlet boundary conditions are discussed and compared with the existing experimental results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.1
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pp.1-10
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2010
In the present paper, a numerical method based on the constraint interpolation profile (CIP) method is applied for simulating two-dimensional violent sloshing problems. The free surface boundary value problem is considered as a multiphase problem which includes water and air. A stationary Cartesian grid system is adopted, and an interface capturing method is used to trace the shape of free surface profile. The CIP combined unified procedure (CCUP) scheme is applied for flow solver, and the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) scheme is used for interface capturing. Numerical simulations have been carried out for partially-filled 2D tanks under forced sway and roll motions at various filling depths and frequencies. The computational results are compared with experiments and/or the other numerical results to validate the present numerical method.
In the present study, a three-dimensional least square/level set based two-phase flow code was developed for the simulation of three-dimensional sloshing problems using finite element discretization. The present method can be utilized for the analysis of a free surface flow problem in a complex geometry due to the feature of FEM. Since the finite element method is employed for the spatial discretization of governing equations, an unstructured mesh can be naturally adopted for the level set simulation of a free surface flow without an additional load for the code development except that solution methods of the hyperbolic type redistancing and advection equations of the level set function should be devised in order to give a bounded solution on the unstructured mesh. From the numerical experiments of the present study, it is shown that the proposed method is both robust and accurate for the simulation of three-dimensional sloshing problems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1570-1579
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2000
Finite element analysis of fluid flow with moving free surface has been carried out in two and tree dimensions. The new VOF-based numerical algorithm that has been proposed by the present authors was applied to several 2-D and 3-D free surface flow problems. The proposed free surface tracking scheme is based on two numerical tools that have been newly introduced by the present authots; the orientation vector to represent the free surface orientation in each cell and the baby-cell to determine the fluid volume flux at each cell boundary. The proposed numerical algorithm has been applied to 2-D and 3-D cavity filling and sloshing problems, which demonstrated versatility and effectiveness of the new free surface tracking scheme as well as the overall solution procedure. The proposed numerical algorithm resolved successfully the interacting free surface with each other. The simulated results demonstrated the applicability of proposed numerical algorithm to the practical problems of large free surface motion. Also, it has been demonstrated that the proposed free surface tracking scheme can be easily implemented in any irregular non-uniform grid systems and can be extended to the 3-D free surface flow problem without additional efforts.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.4
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pp.337-344
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2017
The demand of liquified natural gas is increasing due to environmental issues. This reason has resulted in increasing the capacity of liquified natural gas cargo tank. The Mark-III type primary barrier directly contacts liquified natural gas. Also, the primary barrier is under various loading conditions such as weight of liquified natural gas and sloshing loads. During a ship operation, various loads can cause fatigue failure. Therefore, the fatigue life prediction should be evaluated to prevent leakage of liquified natural gas. In the present study, the fatigue analysis of insulation system including primary barrier is performed using a finite element model. The fatigue life of primary barrier is carried out using a numerical study. The value of principle stress and the location of maximum principle stress range are calculated, and the fatigue life is evaluated. In addition, the effects on the insulation panel status and the arrangement of knot or corrugation are analyzed by comparing the fatigue life of various models. The insulation system which has best structural performance of primary barrier was selected to ensure structural integrity in fatigue assessment. These results can be used as a design guideline and a fundamental study for the fatigue assessment of primary barrier.
In order to install the floating transport type wind-turbine foundation, water pumping is used to sink the foundation. During this process, its mass and center of gravity, and buoyancy center become continuously changed so that the dynamic stability of the floating foundation become unstable. Dynamic stability analysis of the floating foundation is a complex problem since it should take into account not only the environmental wave, wind, and current loads but also its weight change effect simultaneously considering six-degree-of-freedom motion. In this study, advanced numerical method based on the coupled computational fluid dynamics (CFD) and multi-body dynamics (MBD) approach has been applied to the dynamic stability analysis of the floating foundation. The sloshing effect of foundation internal water is also considered and the floating dynamic characteristics are numerically investigated in detail.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.4
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pp.398-407
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2007
A smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is applied for simulating two-dimensional free-surface problems. The SPH method based on the Lagrangian formulation provides realistic flow motions with violent surface deformation, fragmentation and reunification. In this study, the effect of computational parameters in SPH simulation is explored through two-dimensional dam-breaking and sloshing problem. The parameters to be considered are the speed of sound, the frequency of density re-initialization, the number of particle and smoothing length. Through a series of numerical test. detailed information was obtained about how SPH solution can be more stabilized and improved by adjusting computational parameters. Finally, some numerical simulations for various fluid flow problem were carried out based on the parameters chosen through the sensitivity study.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.12-18
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1991
Three-dimensional nonlinear sloshing effects due to tank motions are simulated by solving boundary value problem using the panel method based on boundary integral technique. While Shinkai used boundary elements on which source strengths vary linearly between nodes, the source of constant strength is distributed on each triangular panel in the present study. The source strength at each time step is determined by solving the Fredholm integral equation of the second kind obtained from Green's theorem. To avoid cumulative numerical errors as time elapses, Adam-Bashforth-Moulton method is employed. Numerical examples for the case of partially filled spherical tank on board oscillating in harmonic sway mode or pitch mode are solved. The elevation of the free surface is compared with the result by Shinkai and confirmed in good agreement during early time. The input and the output energy are comparatively evaluated to check the overall accuracy of the present numerical scheme. Although some leakage of energy are found as time marches, it is plausible when we take into account nonlinearities of the problem and the number of panels of the model.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.104-117
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1991
When a body starts to move, the flow near the intersection point between a body and a free surface changes violently and rapidly in a very short initial time interval. This flow phenomena must be investigated whenever one treats the interaction between a body and a fluid, such as the motion of a floating body, sloshing in a tank, wave maker problem, entry of a body into a fluid etc.. Until Roberts(1987), it was widely accepted that a singularity exists at the intersection point. However, he showed that the singularity does not exist if a body moves non-impulsively. In this paper, an analytical solution cosistent for the case of impulsive motion of a body is obtained by including the effect of surface tension. From the characteristics of the newly obtained solution, a critical value associated with an oscillating phenomenon is found, and further more, it is shown that the oscillating phenomenon does not appear in the region where the distance form the intersection point is less than this critical value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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