Mai, Thi Loan;Vo, Anh Khoa;Jeon, Myungjun;Yoon, Hyeon Kyu
한국해양공학회지
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제36권3호
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pp.143-152
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2022
To reach a port, a ship must pass through a shallow water zone where seabed effects alter the hydrodynamics acting on the ship. This study examined the maneuvering characteristics of an autonomous surface ship at 3-DOF (Degree of freedom) motion in deep water and shallow water based on the in-port speed of 1.54 m/s. The CFD (Computational fluid dynamics) method was used as a specialized tool in naval hydrodynamics based on the RANS (Reynolds-averaged Navier-Stoke) solver for maneuvering prediction. A virtual captive model test in CFD with various constrained motions, such as static drift, circular motion, and combined circular motion with drift, was performed to determine the hydrodynamic forces and moments of the ship. In addition, a model test was performed in a square tank for a static drift test in deep water to verify the accuracy of the CFD method by comparing the hydrodynamic forces and moments. The results showed changes in hydrodynamic forces and moments in deep and shallow water, with the latter increasing dramatically in very shallow water. The velocity fields demonstrated an increasing change in velocity as water became shallower. The least-squares method was applied to obtain the hydrodynamic coefficients by distinguishing a linear and non-linear model of the hydrodynamic force models. The course stability, maneuverability, and collision avoidance ability were evaluated from the estimated hydrodynamic coefficients. The hydrodynamic characteristics showed that the course stability improved in extremely shallow water. The maneuverability was satisfied with IMO (2002) except for extremely shallow water, and collision avoidance ability was a good performance in deep and shallow water.
Nguyen, Tien Thua;Yoon, Hyeon Kyu;Park, Youngbum;Park, Chanju
한국해양공학회지
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제32권5호
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pp.386-392
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2018
It is necessary to predict hydrodynamic derivatives when assessing the maneuverability of a submarine. The force and moment acting on the vehicle may affect its motion in various modes. Conventionally, the derivatives are determined by performing captive model tests in a towing tank or applying a system identification method to the free running model test. However, a computational fluid dynamics (CFD) method has also become a possible tool to predict the hydrodynamics. In this study, virtual captive model tests for a full-scale submarine were conducted by utilizing a Reynolds-averaged Navier-Stokes solver in ANSYS FLUENT version 18.2. The simulations were carried out at design speed for various modes of motion such as straight forward, drift, angle of attack, deflection of the rudder, circular, and combined motion. The hydrodynamic force and moment acting on the submarine appended rudders and stern stabilizers were then obtained. Finally, hydrodynamic derivatives were determined, and these could be used for evaluating the maneuvering characteristics of the submarine in a further study.
The three-dimensional eco-hydrodynamic model was applied to estimate the physical process in terms of nutrients and net uptake(or regeneration) rate of nutrients in Kamak Bay for scenario analysis to find proper management plan. The estimation results of the physical process in terms of nutrients shelved that transportation of nutrients is dominant in surface level while accumulation of nutrients is dominant in bottom level. In the case of dissolved inorganic nitrogen, the results showed that the net uptake rate was 0∼60 mg/㎡/day in surface level(0∼3m), and the net regeneration rate was 0.0∼10.0 mg/㎡/day in middle level(3∼6m) and above 10mg/㎡/day in bottom level(6m∼below). In the case of dissolved inorganic phosphorus, the net uptake rate was 0.0∼3.0 mg/㎡/day in surface level, and the net regeneration rate was 0.5∼1.5 mg/㎡/day in middle level and 1.0∼3.0 mg/㎡/day in bottom level. These results indicates that net uptake and transport of nutrients are occurred predominantly at the surface level and the net generation and accumulation are dominant at bottom level. Therefore, it is important to consider the re-supplement of nutrients due to regeneration of bottom water.
Nguyen, Van Minh;Nguyen, Tien Thua;Seo, Juwon;Yoon, Hyeon Kyu;Kim, Yeon Gyu
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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제4권3호
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pp.105-114
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2018
In the past, traditional methods of research on ship maneuvering performance were estimated in calm waters. However, the course-keeping ability and the maneuvering performance of a ship can be influenced by the presence of waves. Therefore, it is necessary to understand the maneuvering behavior of a ship in waves. In this study, the force acting on a moving ship and a rudder behind the model ship will be performed in regular waves in Changwon National University (CWNU). In addition, the prediction force acting on the rudder in calm waters was carried out and compared with those of Computational Fluid Dynamics (CFD). Model test in regular wave was performed to predict the force acting on the ship and the rudder behind the model ship in various wave directions. The effects of wavelength and wave direction on hydrodynamic forces acting on the ship hull versus rudder angle is discussed.
The large drift and angle of attack motion of an ROV (Remotely operated vehicle) cannot be modeled using the typical hydrodynamic coefficients of conventional straight running AUVs and specific slender bodies. In this paper, the ROV hull is divided into several simple-shaped components to model the hydrodynamic force and moment. The hydrodynamic force and moment acting on each component are modeled as the components of added mass force and drag using the known values for simple shapes such as a cylinder and flat plate. Since an ROV is operated under the water, the only environmental force considered is the current effect. The target ROV dealt with in this paper has six thrusters, and it is assumed that its maneuvering motion is determined using a thrust allocation algorithm. Tracking simulations are carried out on the ship’s surface near the stern, bow, and midship sections based on the modeling of the hydrodynamic force and current effect.
The eco-hydrodynamic model was used to estimate the environmental capacity in Gamak Bay. It is composed of the three-dimensional hydrodynamic model for the simulation of water flow and ecosystem model for the simulation of phytoplankton. As the results of three-dimensional hydrodynamic simulation, the computed tidal currents are toward the inner part of bay through Yeosu Harbor and the southern mouth of the bay during the flood tide, and being in the opposite direction during the ebb tide. The computed residual currents were dominated southward flow at Yeosu Harbor and sea flow at mouth of bay, The comparison between the simulated and observed tidal ellipses at three station showed fairly good agreement. The distributions of COD in the Gamak bay were simulated and reproduced by an ecosystem model. The simulated results of COD were fairly good coincided with the observed values within relative error of 1.93%, correlation coefficient(r) of 0.88. In order to estimate the environmental capacity in Gamak bay, the simulations were performed by controlling quantitatively the pollution loads with an ecosystem model. In case the pollution loads including streams become 10 times as high as the present loads, the results showed the concentration of COD to be $1.33{\sim}4.74mg/{\ell}(mean\;2.28mg/{\ell})$, which is the third class criterion of Korean standards for marine water quality In case the pollution loads including streams become 30 times as high as the present loads, the results showed the concentration of COD to be $1.38{\sim}7.87mg/{\ell}(mean\;2.97mg/{\ell})$, which is the third class criterion of Korean standards for marine water quality. In case the pollution loads including streams become 50 times as high as the present loads, the results showed the concentration of COD to be $1.44{\sim}9.80mg/{\ell}(mean\;3.56mg/{\ell})$, which is the third class criterion of Korean standards for marine water quality.
아산만 해역으로 방류수가 배출될 경우, 생태-유체역학모델을 이용하여 아산만 해역의 장기 수질변화를 예측하였다. 생태-유체역학 모델은 해수유동 시뮬레이션을 위한 다층모델과 수질시뮬레이션을 위한 생태계모델로 구성되어 있다. 생태-유체역학모델을 이용하여 아산만해역의 장기 수질을 예측한 결과, 5개 정점에서 화학적산소요구량, 용존무기질소 및 용존무기인의 농도분포는 현재 계산결과에서 6개월 동안 증가하였다. 수치실험 수행시간 1년에서 2년 사이에서는 화학적 산소요구랑, 용존무기질소, 용존무기인의 농도분포는 6개월 동안 증가한 농도분포가 차츰 감소하는 경향을 보였으며, 3년에서 10년 사이에서는 일정한 농도분포를 보였다. 화학적 산소요구량, 용존무기질소 및 용존무기인의 농도는 $11{\sim}67%$, $10{\sim}67%$ 및 0.57%의 범위로 증가하였다. 10년 동안의 수치 실험 결과 화학적산소요구량과 용존무기질소의 변화 폭이 크게 나타났으며 이는 하수처리장의 방류수 중 이 두 오염부하량이 많은 양을 차지하고 있기 때문이다. 아산만 연안해역에서 화학적산소요구량, 총질소, 총인의 농도는 해역수질환경기준 II등급으로 조사되었으나, 하수처리장의 방류수가 배출될 경우 사업지구 인근의 아산만 방조제 부근에서는 해역수질환경기준 III등급으로 나타났다.
광양만의 수질현황을 파악하고 환경변동에 따른 수질을 예측해서 부영양화를 억제하고 수질 환경회복을 위한 적절한 수질관리대책을 제시하기 위해서 생태ㆍ유체역학 수치모델을 이용하였다 광양만에 대한 점원 오염부하량의 약 90%가 폐수배출부하량이 차지하는 것으로 나타났으며, 부영양화 기준인 Chl. α 10㎍/L이하와 해역수질환경기준 II등급인 COD 2㎎/L이하를 지속적으로 유지하기 위해서는 현재의 점원 오염부하량의 약 35%이상 저감하는 대책이 요구되는 것으로 예측되었다.
가막만 식물플랑크톤에 대한 기초생산력을 산정하기 위해 해수유동모델과 생태계 모델을 이용하였다. 이를 위해 양식기간동안 양식장이 없는 조건으로 식물플랑크톤에 대한 기초생산력을 산정하였으며 그 결과는 다음과 같다. 양식장이 없는 경우로 월별 식물플랑크톤을 예측한 결과로 월별 식물플랑크톤량의 변화를 보면 6월부터 증가하기 시작하여 9월이 가장 높은 식물플랑크톤량을 보이고 9월부터 12월까지 급격히 감소하다가 그 이후 3월까지 서서히 감소하였다. 양식장이 없는 경우로 월별 식물플랑크톤에 대해 계산한 기초생산력을 보면 양식기간 동안 범위는 $0.99\~10.20gC/m^2/d$로 평균 $4.43gC/m^2/d$이였다. 월별 변동을 보면 6월부터 급격하게 증가하기 시작하여 8월에 가장 높은 생산력을 보이고 8월 이후 12월까지 급격히 감소하다가 1월 이후에 3월까지 서서히 증가하는 경향을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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