For the calculation of the free-surface elevation, a new finite difference scheme is studied where the third derivative term for the wave elevation is artificially added in the Eulerian expression of the free-surface boundary condition. The paper presents a comparative analysis with simulations performed by the classical MAC method. More schematic computations are carried out by changing the submergence-depth and angle-of-attack. The present study shows that this new method is very efficient for the simulation of free-surface elevation around the trailing edge.
In this paper, the wave pattern around the hull with the transom stern advancing on the free surface with a constant speed was taken into consideration. To solve the problem the numerical analysis program was developed using Rankine source panel method based on potential flow analysis technique. The non-linearity of the free surface boundary conditions was fully satisfied. To verify the validity of the developed program the numerical calculations for Athena hull and KCS(KRISO container ship) hull was performed. The results of the numerical computation was compared with the ones of the model test experiment.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.6
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pp.263-269
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2018
Changes in water depth caused by underwater earthquakes and landslides cause sea surface undulations, which in turn propagate to the coast and result in significant damage as wave heights normally increase due to the wave shoaling process. Various types of numerical models have been developed to simulate the generation and propagation of tsunami waves. Most of tsunami models determine the initial surface of the water based on the assumption that the movement of the seabed is immediately and identically transmitted to the sea surface. However, this approach does not take into account the characteristics of underwater earthquakes that occur with time history and spatial variation. Thus, such an incomplete description on the initial generation of tsunami waves is totally reflected in the error during the simulation. In this study, the analytical solution proposed by Hammack (1973) was applied in the tsunami model in order to simulate the generation of initial water surface elevation by the change of water depth with time history and its propagation. The developed solution is expected to identify the relationship among various type of seabed motions, initial surface undulations, and wave speeds of elevated water surfaces.
A level-set finite-element method is employed to investigate the free surface flow of two conceptual fish passage designs. While one design has a right-angled entrance from the reservoir to the fish passage chute, the other has a curved-shaped entrance. The numerical results are validated with hydraulic experiments through comparison of the free surface location and the pressure distribution in the spillway. It is observed that the right-angled design yields a curved free surface and pressure distribution in the vicinity of the entrance due to large strains, whereas the curved-shaped design yields a smooth flow transition with small strains. The subatmospheirc pressure distributions near the spillway ogee crest for both designs exhibit similar flow patterns. It is concluded that the curved-shaped design is more favorable for fish passage because of the feature of a smooth flow transition with small strains.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.10a
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pp.191-200
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1994
사각형 유체저장탱크의 바닥에 놓여져 있는 사각형 블럭의 크기 및 위치가 자유수면의 유동진동수와 모드형상에 미치는 영향에 대하여 선형파이론을 적용하여 검토하였다. 유체의 영역을 3부분으로 나누고 각 영역에서의 속도포텐셜을 입사파와 블럭으로 인해 발생되는 반사파 및 전달파의 항으로써 표현하였다. 그리고 블럭에 의한 파의 반사율과 전달율은 유체영역의 경계에서 속도포텐셜과 유체입자의 속도가 연속인 조건을 사용하여 구하였다. 연구결과 블럭의 높이와 폭은 자유수면의 고유진동수에 크게 영향을 미치며 높이와 위치는 모드형상에 주로 영향을 준다. 블럭이 높고 폭이 넓을수록 고유 진동수는 감소하며 블럭이 높고 탱크의 벽면으로 이동할수록 모드형상은 크게 변한다.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2015.10a
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pp.100-103
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2015
본 연구에서는 선박의 내항 및 조종성능평가를 위해 사용되는 2차원부가질량계수와 파랑감쇠계쉬를 desingularized indirect boundary integral method를 이용하여 주파수영역에서 계산하였다. 본 방법을 Rankine source를 유체경계면 전체에 분포하는 방법으로 수학적으로 간단하고 경계조건의 변경 및 적용이 용이하다는 장점이 있다. 하지만 물체표면, 자유수면 그리고 방사경계면의 계산영역 및 요소의 배치에 따라 계산정확도에 차이가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 수치시험을 통해, 자유수면과 방사계면의 적절한 계산영역과 요소의 개수를 결정하였다. 계산의 정도와 효율성을 확보하기 위하여, 자유수면과 방사경계면의 계산영역과 요소의 분포를 파의주파수에 따라 달리 적용하였다. 본 연구에서 제안된 수치방법을 활용하여 계산된 동유체력과 실험에서 계측된 동유체력을 비교하여 본 방법의 정도를 확인하였다.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2010.04a
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pp.389-391
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2010
The Free surface influenced the wake behind a circular cylinder and its effects were investigated experimentally in a circulating water channe with the variation of water depth Instantaneous velocity fields were measured in this paper. the measured results has been compared with each other to investigate the flow characteristics of the circular cylinder's 2-dimensional section at $Re=1.0\times10^3$ using 2-frame grey level cross correlation PIV method. The flow around the circular cylinder with free surface affected the wake structure. especially, in case of d=1.0D, the boundary layer was measured in the whole area. The separation point and boundary layer of the circular cylinder could be controlled by the water depth.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2020.06a
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pp.149-149
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2020
하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.
During mid-loop operation of Nuclear Power Plant, to prevent the Decay Heat Removal System (DHRS) from failure due to air entrainment of free surface vortex in the piping system, a set of simulating experiments was performed. Through these experiments, a relation between the non-dimensionalized numbers, such as H/d, Froude number, Reynolds number, was found. It was also found that the perturbation of the system by the disturbance such as pump start, valve operation, etc., has a strong effect on the free surface vortex. Furthermore, from viewpoint of reactor safety, a modified inlet device which is reducer type is strongly recommended for the prevention of air entrainment into DHRS.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.5
no.3
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pp.204-211
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1993
Boundary element method is applied to simulate nonlinear water waves using Green's identity formula in a numerical wave flume. A system of linear equations is formulated from the governing equation and free surface boundary conditions in order to calculate velocity potential and water surface elevation at each nodal point. The velocity square terms are included in the dynamic free surface boundary condition. The free surface is treated as a moving boundary. the vertical variation of velocity potential being considered in calculating the time derivative of the velocity potential at the free surface. The present method is applied to simulate solitary wave and Stokes 2nd order wave, and shows excellent agreements with their theoretical values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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