To investigate the air mass modification related with Yeongdong Heavy snowfall events, we examined sensible and latent heat fluxes on the East Sea, the energy exchange between atmosphere and ocean in this study. Sensible and latent heats were calculated by a bulk aerodynamic method, in which NCEP/NCAR reanalysis data and NOAA/AVHRR weekly SST data with high resolution were used. Among winter precipitation events in the Yeongdong region, 19 heavy precipitation events $(1995{\sim}2001)$ were selected and classified into three types (mountain, cold-coastal, and warm types). Mountain-type precipitation shows highly positive anomalies of sensible and latent heats over the southwestern part of the East Set When separating them into the two components due to variability of wind and temperature/ specific Humidity, it is shown that the wind components are dominant. Cold-coastal-type precipitation also shows strong positive anomalies of sensible and latent heats over the northern part and over the central-northern part of the East Sea, respectively. It is shown that the sensible heat anomalies are caused mostly by the decrease of surface air temperature. So it can be explained that cold-coastal-type precipitation is closely related with the air mass modification due to cold air advection over warm ocean surface. But in warm-type precipitation, negative anomalies are found in the sensible and latent heat distributions. From this result, it may be postulated that warm-type precipitation is affected by the internal process of the atmosphere rather than the atmosphere-ocean interaction.
In this study, the effects of air-sea interactions on precipitation over the Seoul-Gyeonggi region of the Korean Peninsula from 28 to 30 August 2018, were analyzed using a Regional atmosphere-ocean Coupled Model (RCM). In the RCM, a WRF (Weather Research Forecasts) was used as the atmosphere model whereas ROMS (Regional Oceanic Modeling System) was used as the ocean model. In a Regional Single atmosphere Model (RSM), only the WRF model was used. In addition, the sea surface temperature data of ECMWF Reanalysis Interim was used as low boundary data. Compared with the observational data, the RCM considering the effect of air-sea interaction represented that the spatial correlations were 0.6 and 0.84, respectively, for the precipitation and the Yellow Sea surface temperature in the Seoul-Gyeonggi area, which was higher than the RSM. whereas the mean bias error (MBE) was -2.32 and -0.62, respectively, which was lower than the RSM. The air-sea interaction effect, analyzed by equivalent potential temperature, SST, dynamic convergence fields, induced the change of SST in the Yellow Sea. In addition, the changed SST caused the difference in thermal instability and kinematic convergence in the lower atmosphere. The thermal instability and convergence over the Seoul-Gyeonggi region induced upward motion, and consequently, the precipitation in the RCM was similar to the spatial distribution of the observed data compared to the precipitation in the RSM. Although various case studies and climatic analyses are needed to clearly understand the effects of complex air-sea interaction, this study results provide evidence for the importance of the air-sea interaction in predicting precipitation in the Seoul-Gyeonggi region.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.988-995
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2020
Air gun shock systems are commonly used as alternative explosion energy sources for underwater explosion (UNDEX) shock tests owing to their low cost and environmental impact. The airbag inflator of automotive airbag systems is also very useful to generate extremely rapid underwater gas release in labscale tests. To overcome the restrictions on the very small computational time step owing to the very fine fluid mesh around the nozzle hole in the explicit integration algorithm, and also the absence of a commercial solver and software for gas UNDEX of airbag inflator, an idealized airbag inflator and fluid mesh modeling technique was developed using nozzle holes of relatively large size and several small TNT charges instead of gas inside the airbag inflator. The objective of this study is to validate the results of an UNDEX response analysis of one and two idealized airbag inflators by comparison with the results of shock tests in a small water tank. This comparison was performed using the multi-material Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation and fluid-structure interaction algorithm. The number, size, vertical distance from the nozzle outlet, detonation velocity, and lighting times of small TNT charges were determined. Through mesh size convergence tests, the UNDEX response analysis and idealized airbag inflator modeling were validated.
Unlike structures in the air, the vibration analysis of a submerged or floating structure such as offshore structures or ships is possible only when the fluid-structure interaction is understood, as the whole or part of the structure is in contact with water. This paper introduces two methods to find natural frequency in consideration of fluid-structure interaction, direct coupled vibration analysis and fluid-structure modal coupled vibration analysis. The purpose of this study is to analyze the vibration characteristic of a submerged vehicle to obtain the anti-vibration design data, which could be used in the preliminary design stage. The underwater pressure hull of submerged vehicle is used as the model of this study. The F.E.M. model is meshed by shell and beam elements. Also, considering the inner hull weight, the mass element is distributed in the direction of hull length. Numerical calculations are accomplished by using the commercial B.E.M. code. The characteristics of natural frequency, mode shape and frequency-displacement response are analyzed.
This study examined the lake effect of the Yellow Sea which was induced by the Siberian High pressure system moving over the open waters. The development mechanism of the convective cells over the ocean was studied in detail using the Weather Research and Forecasting model. Numerical experiments consist of the control experiment (CTL) and an experiment changing the yellow sea to dry land (EXP). The CTL simulation result showed distinct high area of relative vorticity, convergence and low-level atmospheric instability than that of the EXP. The result indicates that large surface vorticity and convergence induced vertical motion and low level instability over the ocean when the arctic Siberian air mass moved south over the Yellow Sea. The sensible heat flux at the sea surface gradually decreased while latent heat flux gradually increased. At the beginning stage of air mass modification, sensible heat was the main energy source for convective cell generation. However, in the later stage, latent heat became the main energy source for the development of convective cells. In conclusion, the mechanism of the west coast heavy snowfall caused by modification of the Siberian air mass over the Yellow Sea can be explained by air-sea interaction instability in the following order: (a) cyclonic vorticity caused by diabatic heating induce Ekman pumping and convergence at the surface, (b) sensible heat at the sea surface produce convection, and (c) this leads to latent heat release, and the development of convective cells. The overall process is a manifestation of air-sea interaction and enhancement of convection from positive feedback mechanism.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.5
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pp.421-430
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2018
The shape of a yacht sail made of thin fabric materials is easily deformed by wind speed and direction and it is affected by the deformation of the standing rig such as mast, boom, shrouds, stays and spreaders. This deformed sail shape changes the air flow over the sail, it makes the deformation of the sail and the rig again. To get a sail performance accurately these interactive behavior of sail system should be studied in aspects of the aerodynamics and the fluid-structure interaction. In this study aerodynamic analysis for the sail system of a 30 feet sloop is carried out and the obtained dynamic pressure on the sail surface is applied as the loading condition of the calculation to get the deformations of the sail shape and the rig. Supporting forces by rig are applied as boundary condition of the structure deformation calculations. And the characteristics of the air flow and the dynamic pressure over the deformed sail shape is investigated repeatedly including the lift force and the location of CE.
Lee, Kwang Ho;Lee, Jun Hyeong;Jeong, Ik Han;Kim, Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.6
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pp.253-262
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2018
Oscillating Water Column (OWC) Wave Energy Converters (WEC) harness electricity through a Power-Take-Off (PTO) system from the induced-airflow by seawater oscillating inside a chamber. In general, an air chamber with a relatively small cross-sectional area is required compared to seawater chamber to obtain high-velocity air in the PTO system, and in order to simulate an accurate air flow rate in the air chamber, a three-dimensional study is required. In this study, the dynamic response of OWC-WEC that is equipped with the channel of seawater exchange for the case of irregular waves has been numerically studied. The open source CFD software, OLAFLOW for the simulation of wave dynamics to the openFOAM and FOAM-extend communities, was used to simulate the interaction between the device and irregular waves. Based on the numerical simulation results, we discussed the fluctuation characteristics of three dimensional air flow in the air-chamber, wave deformation around the structure and the seawater flow inside the channel of seawater exchange. The numerical results the maximum air flow velocity in the air-chamber increases as the Ursell value of the significant wave increases, and the velocity of airflow flowing out from the inside of air chamber to the outside is greater than the speed of flowing into the air chamber from the outside.
Zalek, Steven F.;Karr, Dale G.;Jabbarizadeh, Sara;Maki, Kevin J.
Ocean Systems Engineering
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v.1
no.1
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pp.17-28
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2011
The purpose of this paper is to demonstrate the efficacy of modeling a surface effect ship's air-cushion flexible seal utilizing a two-dimensional beam under steady state conditions. This effort is the initial phase of developing a more complex three-dimensional model of the air-seal-water fluid-structure interaction. The beam model incorporates the seal flexural rigidity and mass with large deformations while assuming linear elastic material response. The hydrodynamic pressure is derived utilizing the OpenFOAM computational fluid dynamic (CFD) solver for a given set of steady-state flow condition. The pressure distribution derived by the CFD solver is compared with the pressure required to deform the seal beam model. The air pressure, flow conditions and seal geometry are obtained from experimental analysis. The experimental data was derived from large-scale experimental tests utilizing a test apparatus of a canonical surface effect ship's flexible seal in a towing tank over a variety of test conditions.
The atmospheric and oceanic influences on the air-sea thermal interaction in the East Sea (Japan Sea) are studied by means of an analytic model which is based on the heat budget of the ocean. By means of the model, the model, the annual variations of heat fluxes and air temperatures in the East Sea are analytically simulated. The model shows that the back radiation, the latent heat and the sensible heat increase with the warn water advection. The latent heat increases with the sea surface temperature (SST) but the back radiation and the sensible heat dcrease as the SST increases. In the East Sea, an increase of mean SST by 1.0$^{\circ}C$ yields an increase of mean air temperature by 1.2$^{\circ}C$. The heat storage in the ocean plays an important role in the annual variations of heat flux across the sea surface.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2000.04a
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pp.81-88
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2000
Unlike structures in the air, the vibration analysis of a submerged or floating structure such as offshore structures or ships is possible only when the fluid-structure interaction is understood, as the whole or part of the structure is in contact with water. Specially, the importance of the added mass is not necessary to say like the submerged vehicle, all of the hull body, is positioned in the water. This paper introduce two method to find natural frequency in consideration of fluid-structure modal coupled vibration analysis. The purpose of this study is to analyze of the vibration characteristic of submerged vehicle to obtain the anti-vibration design data, which could be used in the preliminary design stage data. Underwater pressure hull of submerged vehicle is used as the model of this study. The F.E.M model is meshed by shell and beam element. Also, considering of the inner hull weight, mass element is distributed in the direction of hull length. Numerical calculations are accomplished using the commercial B.E.M code. The characteristics of natural frequency(eigenvalues), mode shape(eigenvectors) and frequency-displacement response are analyzed. The results of this study will be used as the useful design data in preliminary anti-vibration design stage.
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