Autonomous Underwater Vehicles (AUV's) provide an important means for collecting detailed scientific information from the ocean depths. The hull resistance of an AUV is an important factor in determining the power requirements and range of the vehicle. This paper describes a design method that uses Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine the hull resistance of an AUV under development. The CFD results reveal the distribution of the hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of an AUV with a ducted propeller. This paper also discusses the optimization of the AUV hull profile to reduce the total resistance. This paper demonstrates that shape optimization in a conceptual design is possible by using a commercial CFD package. Optimum design work to minimize the drag force of an AUV was carried out, for a given object function and constraints.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.1
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pp.44-56
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2012
Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) provide a useful means of collecting detailed oceano-graphic information. The hull resistance of an AUV is an important factor in determining the power requirements and range of the vehicle. This paper describes a procedure using Computational Fluid Dynamics (CFD) for determining the hull resistance of an AUV under development, for a given propeller rotation speed and within a given range of AUV velocities. The CFD analysis results reveal the distribution of the hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) around the AUV hull and its ducted propeller. The paper then proceeds to present a methodology for optimizing the AUV profile in order to reduce the total resistance. This paper demonstrates that shape optimization of conceptual designs is possible using the commercial CFD package contained in Ansys$^{TM}$. The optimum design to minimize the drag force of the AUV was identified for a given object function and a set of constrained design parameters.
A cab roof fairing is a device that reduces the drag coefficient of a commercial vehicle, by controlling the resistance of flow separation occurring in the front when the commercial vehicle travels. Commercial vehicles are designed to facilitate aerodynamic resistance that cannot be avoided from the driving direction of the vehicle, because they must structurally load containers in the rear. For this reason, it is closely related to oil costs and environmental pollutants. In this study, the 3D fairing shape was designed based on the Rankine half body theory, and the design results were verified through aerodynamic analysis.
This research computes the viscous flow field and aerodynamics around the model of a commercial passenger airplane, Boeing 747-400, which cruises in transonic speed. The configuration was realized through the reverse engineering based on the photo scanning measurement. In results, the pressure coefficients at the several wing section on the wing surface of the airplane was described and discussed to obtain the physical meaning. The lift coefficient increased almost linearly up to $17^{\circ}$. Here the maximum lift occurred at $18^{\circ}$ according to the angle of attack. And the minimum drag is expected at $-2^{\circ}$. The maximum lift coefficient occurred at the Mach number 0.89, and the drag coefficient rapidly increased after the Mach number of 0.92. Also shear-stress transport model predicts slightly lower aerodynamic coefficients than other models and Chen's model shows the highest aerodynamic values. The aerodynamic performance of the airplane elements was presented.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.107-116
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2014
A volume density of roughness correction blocks in a channel is defined and the corresponding roughness coefficient(n) is estimated by analyzing the diverse hydraulic characteristics of VR, the product of the average velocity and the hydraulic radius, block Reynolds number ($Re^*$), drag coefficient ($\acute{C}_D$), and the roughness coefficient ($n_b$) of bottom shear. The increase of VR and block Reynolds number causes the exponential decrease of roughness coefficient converged to a constant value as expected. The drag coefficient also exponentially decreases as block Reynolds number increases as well. The drag force is governed by the block shape defined by volume density in high block Reynolds number of turbulent flow region. For more accurate estimation of roughness coefficient the use of the correlation equation of it is required by block Reynolds number and volume density. The regression equations for n-VR, $\acute{C}_D-Re^*$, and $n_b-\acute{C}_D$ are presented. The regression equations of roughness coefficient are also presented by block Reynolds number and volume density. The developed equation of roughness coefficient by block Reynolds number and volume density has practical use by confirming the coincidence between the experimental results and the results of HEC-RAS using the developed equation.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.12
no.4
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pp.198-205
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2004
An experimental study was carried on the characteristics of fluid flow and heat transfer in a fluidized bed shell-and-tube type heat exchanger with corrugated tubes. Seven different solid particles having same volume were circulated in the tubes. The effects of various parameters such as water flow rates, particle geometries and materials, and geometries of corrugated tubes on relative velocities and drag coefficients were investigated. The present work showed that the drag force coefficients of particles in the corrugated tubes were usually lower than those in the smooth tubes, meanwhile the relative velocities between particles and water in the corrugated tubes were little higher than those in the smooth tubes except the particles of glasses.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.3
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pp.205-212
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2016
The performance of a prototype pump converted from that of its model pump shows an increase in efficiency brought about by a decrease in friction loss. As the friction force working on impeller blades causes partial peripheral motion on the outlet flow from the impeller, the increase in the prototype's efficiency causes also a decrease in its input power. This paper discusses results of analyses on the behavior of the theoretical head or input power of a prototype pump. The equation of friction-drag coefficient for a flat plate was applied for the analysis of hydraulic loss in impeller blade passages. It was revealed that the friction-drag of a flat plate could be, to a certain degree, substituted for the friction drag of impeller blades, i.e. as a means for analyzing the relationship between a prototype pump's efficiency increase and input power decrease.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.15
no.5
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pp.406-412
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2003
An experimental study was carried on the characteristics of fluid flow and heat transfer in a fluidized bed shell-and-tube type heat exchanger with corrugated tubes. Seven different solid particles having same volume were circulated in the tubes. The effects of various parameters such as water flow rates, particle geometries and materials, and geometries of corrugated tubes on relative velocities and drag coefficients were investigated. The present work showed that the drag force coefficients of particles in the corrugated tubes were usually lower than those in the smooth tubes, meanwhile the relative velocities between particles and water in the corrugated tubes were little higher than those in the smooth tubes except the glass.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.11
no.2
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pp.107-115
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1999
In order to develop a convenient method for the estimation of transport distance of settling stones in quiescent water or flowing water, introduced was the simple but relatively accurate equation of drag coefficient. The equation of drag coefficient introduced was confirmed to give relatively accurate evaluation for the drag force of smooth-surface sphere, and the effects of surface roughness and shape can be considered by adjusting empirical parameters. A theoretical equation has been developed for the settling velocity or settling distance of smooth-surface sphere in quiescent fluid, and the computation results have been obtained by adjusting the empirical parameter for the settling distance of stone in quiescent water. The 2nd order ordinary differential equation has been developed for the case of settling stones in flowing fluid, and a numerical model has been developed by using Runge-Kutta method for its solution. A number of cases have been tested by adjusting the empirical parameter.
The wind pressure distributions were analyzed to provide fundamental criteria for the structural design on the two-span arched house according to the wind directions through the wind tunnel experiment. In order to investigate the wind force distributions, the variation of the wind force coefficients, the mean wind force coefficients, the drag force coefficients and the lift force coefficients were estimated using the experimental data. The results obtained are as follows : 1. The variation of the wind force with wind directions on the side walls was the greatest at the upwind edge of the walls. 2. The maximum negative wind force along the length of the roof appeared at the upwind edge at the wind direction of 60$^{\circ}$. 3. The maximum negative wind force along the width of the roof appeared at the width ratio and wind direction of 0$^{\circ}$ and 0.4 in the first house and 0.6 and 30$^{\circ}$ in the second house, respectively. 4. The mean negative wind force on the side walls of the first house at the wind direction of 0$^{\circ}$ was far greater than that of the second house, and the maximum negative wind force on the roof occurred at the wind direction of 30$^{\circ}$. 5. The maximum lift force appeared on the second house at the wind direction of 30$^{\circ}$, but the lift force on the first house was far greater than that on the second house at the wind direction of 0$^{\circ}$. 6. The parts to be considered for the local wind forces were the edges of the walls, and the edges of the x-direction and the width ratio, 0.4 of the y-direction in the roofs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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