Surface and interfacial waves in two superposed horizontal inviscid fluids of finite depths are studied. The flow is induced by translating a vertical rigid plate with a prescribed velocity. Analytical solutions that accurately predict the motion of the free surface and the interface are obtained by using a small-Froude-number approximation. Three different velocities of the plate are considered, while flows induced by any arbitrary motion of the plate can be easily analyzed by a linear superposition of the solutions obtained. It is shown that pinching of the upper layer can occur for a sufficiently thin upper layer, which leads to its rupture into small segments. Other interesting phenomena, such as primary and secondary wiggles generated on the interface near the wavemaker, are discussed.
Kim, Byoung-Jae;Yoon, Sang-Youl;Lee, Kyung-Heon;Sung, Hyung-Jin
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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한국가시화정보학회 2007년도 추계학술대회
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pp.77-83
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2007
This paper presents numerical and experimental works for simultaneous pumping and mixing small liquid using asymmetric microelectrode arrays, based on AC electroosmotic flows. To this end, four arrangements of electrode pairs were considered with diagonal/herringbone shapes. Numerical simulations were made of three-dimensional geometries by using the linear theory. The results indicated that the helical flow motions induced by the electrode arrays play a significant role in the mixing enhancement. The pumping performance was influenced by the slip velocity at the center region of the channel compared to that near the side walls. To validate the numerical predictions, the microfluidic devices were made through MEMS. The flow rate was obtained by using micro PIV, increasing the applied frequency. The electrolyte was potassium chloride solution. The flow patterns above electrodes were visualized to see lateral flow for mixing. The experimental results showed good agreements with the numerical predictions.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권6호
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pp.692-710
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2018
The Three-dimensional (3-D) dynamical behaviors of a fluid-conveying pipe subjected to vortex-induced vibration are investigated with different internal flow velocity ${\nu}$. The values of the internal flow velocity are considered in both subcritical and supercritical regimes. During the study, the 3-D nonlinear equations are discretized by the Galerkin method and solved by a fourth-order Runge-Kutta method. The results indicate that for a constant internal flow velocity ${\nu}$ in the subcritical regime, the peak Cross-flow (CF) amplitude increases firstly and then decrease accompanied by amplitude jumps with the increase of the external reduced velocity. While two response bands are observed in the In-line (IL) direction. For the dynamics in the lock-in condition, 3-D periodic, quasi-periodic and chaotic vibrations are observed. A variety of CF and IL responses can be detected for different modes with the increase of ${\nu}$. For the cases studied in the supercritical regime, the dynamics shows a great diversity with that in the subcritical regime. Various dynamical responses, which include 3-D periodic, quasi-periodic as well as chaotic motions, are found while both CF and IL responses are coupled while ${\nu}$ is beyond the critical value. Besides, the responses corresponding to different couples of ${\mu}_1$ and ${\mu}_2$ are obviously distinct from each other.
Tubes in nuclear steam generators are held up by supports because the tubes are long and slender. Fluid flows of high-pressure and high-temperature in the tubes cause oscillating motions between tubes and supports. This is called as FIV (flow induced vibration), which causes fretting wear in contact parts of tube-support. The fretting wear of tube-support can threaten the safety of nuclear power plant. The tube and support materials were Inconel 690 and STS 409. The wear tests were conducted in various environments, which are in water without flow, in flowing water and in flowing water with air. The results showed that the flow of water influenced on the wear-life of tube. The wear-life of tube decreased in water flow as compared with wear-life in stationary water.
Sahoo, Patitapaban;Domala, Vamshikrishna;Sharma, R.
Ocean Systems Engineering
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제12권3호
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pp.301-333
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2022
Herein, we report meaningful and selective review of the progress made on 'Vortex Induced Vibration (VIV)' and 'Vortex Induced Motion (VIM)' of 'Structures of Specific Shapes (SoSS)' subjected to steady uniform flow and of relevance to/in marine structures. Important and critical elements of the numerical methods, experimental methods, and physical ideas are listed and analysed critically and the limitations of the current state of art of VIV/VIM are discussed in-detail. Our focus and aim are to analyse the existing researches with respect to the application in analyses, design and production of marine structures and the reported reviews centre on these only. We identify the critical and important issues that exist in the current literature and utilise these issues to highlight the challenges that need to be tackled to design and develop new age marine structures that can exist and operate safely in the areas of dominance by the VIV/VIM. Finally, we also identify some areas for future scope of research on VIV/VIM.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권2호
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pp.347-360
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2014
The auto-berthing of a ship requires excellent control for safe accomplishment. Crabbing, which is the pure sway motion of a ship without surge velocity, can be used for this purpose. Crabbing is induced by a peculiar operation procedure known as the push-pull mode. When a ship is in the push-pull mode, an interacting force is induced by complex turbulent flow around the ship generated by the propellers and side thrusters. In this paper, three degrees of freedom equations of the motions of crabbing are derived. The equations are used to apply the adaptive backstepping control method to the auto-berthing controller of a cruise ship. The controller is capable of handling the system non-linearity and uncertainty of the berthing process. A control allocation algorithm for a ship equipped with two propellers and two side thrusters is also developed, the performance of which is validated by simulation of auto-berthing.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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제13권2호
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pp.109-121
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2001
This paper describes results of an experimental study to examine the effect of a submerged horizontal breakwater to sea water exchange. Flow measurements were taken by using a PIV(Particie Image Velocimetry) system, and mean currents and wave ellipses extracted through the harmonic analysis are presented. As results, the rates of circulating flow were closely connected with the volume flux of incident waves and the counter-rotating vortex pair was observed at the onshore side of a plate. The dye study showed that incoming sea water and polluted water body mixed up significantly due to turbulent motions induced by a jet-like flow.
We have calculated the probability of the OH formation and energy deposit of the reaction exothermicity in the newly formed OH, particularly in its vibrational motion, in the gas-surface reaction O(g) + H(ad)/Si → OH(g) + Si on the basis of the collision-induced Eley-Rideal mechanism. The reaction probability of the OH formation increases linearly with initial excitation of the HSi vibration. The translational and vibrational motions share most of the energy when the H-Si vibration is initially in the ground state. But, when the initial excitation increases, the vibrational energy of OH rises accordingly, while the energies shared by other motions vary only slightly. The product vibrational excitation is significant and the population distribution is inverted. Flow of energy between the reaction zone and the solid has been incorporated in trajectory calculations. The amount of energy propagated into the solid is only a few percent of the available energy released in the OH formation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제28권2호
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pp.174-180
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2004
Failure of tube bundles due to excessive flow-induced vibrations continues to affect the performance of nuclear power plant Early experimental studies concentrated on rigid structures and later investigators dealt with elastic structures because of their importance in many engineering fields. On the other hand, much less numerical work has been carried out, because of the numerical complexity associated with the problem. Conventional approaches usually decoupled the flow solution from the structural problem. The present numerical study proposes the methodology in analyzing the fluidelastic instability occurring in tube bundles by coupling the Computational fluid Dynamics (C%) with the tube equation of motions. The motion of the structures is modeled by a spring-damper-mass system that allows transnational motion in two directions (a two-degree-of-freedom system). The fluid motion and the cylinder response are solved in an iterative way, so that the interaction between the fluid and the structure can be accounted for property. The aim of the present work is to predict the fluidelstic instability of tube bundles and the associated phenomena, such as the response of the cylinder, the unsteady lift and drag on the cylinder, the vortex shedding frequency.
A numerical hydrodynamic performance analysis of the pitch-type multibody wave energy converter (WEC) is carried out based on both linear potential flow theory and computational fluid dynamics (CFD) in the unidirectional wave condition. In the present study, Salter's duck (rotor) is chosen for the analysis. The basic concept of the WEC rotor, which nods when the pressure-induced motions are in phase, is that it converts the kinetic and potential energies of the wave into rotational mechanical energy with the proper power-take-off system. This energy is converted to useful electric energy. The analysis is carried out using three WEC rotors. A multibody analysis using linear potential flow theory is performed using WAMIT (three-dimensional diffraction/radiation potential analysis program), and a CFD analysis is performed by placing three WEC rotors in a numerical wave tank. In particular, the spacing between the three rotors is set to 0.8, 1, and 1.2 times the rotor width, and the hydrodynamic interaction between adjacent rotors is checked. Finally, it is confirmed that the dynamic performance of the rotors slightly changes, but the difference due to the spacing is not noticeable. In addition, the CFD analysis shows a lateral flow phenomenon that cannot be confirmed by linear potential theory, and it is confirmed that the CFD analysis is necessary for the motion analysis of the rotor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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