Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.2
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pp.110-119
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2023
The prediction of ship resistance performance is typically obtained by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations or model tests in towing tank. However, these methods are both costly and time-consuming, so hull-form designers use statistical methods for a quick feed-back during the early design stage. It is well known that results from statistical methods are often less accurate compared to those from CFD simulations or model tests. To overcome this problem, this study suggests a new approach using a Convolution Neural Network (CNN) with voxelized hull-form data. By converting the original Computer Aided Design (CAD) data into three dimensional voxels, the CNN is able to abstract the hull-form data, focusing only on important features. For the verification, suggested method in this study was compared to a parametric method that uses hull parameters such as length overall and block coefficient as inputs. The results showed that the use of voxelized data significantly improves resistance performance prediction accuracy, compared to the parametric approach.
Jung Yoon Park; Jonghyeon Lee;Janghoon Seo;Dong-Woo Park
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.5
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pp.332-340
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2023
The present study established hull form optimization for small catamaran based on variations of knuckle lines. Four knuckle lines below the free surface were employed as design variables. Knuckle lines were independently transformed within remaining the main dimensions of the existing hull. For the hull form optimization, the SHERPA algorithm of HEEDS was utilized. Computational fluid dynamics was employed to estimate the resistance performance. The optimal hull showed the improvement of resistance performance of 9.3% than that of existing hull. The improvement of wave and pressure distributions for optimal hull was confirmed. Throughout the present study, it is expected that established optimization method can be applied for various small vessels such as fishing and leisure boats.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.2
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pp.68-76
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2024
The rotor sail is one of the representative devices in eco-friendly wind-assisted propulsion systems that have been practically applied to commercial ships. The present study proposes an asymmetric vertical folding rotor sail (AFRS) designed for small ships, featuring asymmetric geometry along the vertical direction and the function of vertical folding. To evaluate the aerodynamic performance of rotor sail, the drag, lift and lift-to-drag ratio were derived using computational fluid dynamics. The aerodynamic performance of AFRS was compared with that of normal rotor sail with different aspect ratios and spin ratios. The effect of geometric parameters on the aerodynamic performance of AFRS was assessed by varying the asymmetric diameter ratio. The maximum improvement in lift-to-drag ratio for AFRS was approximately 12% in the considered case. Additionally, the resistance is decreased when AFRS is vertically folded without rotating. Throughout the present study, improved aerodynamic and resistance performances for AFRS were confirmed, which will successfully provide additional propulsion to small ships.
This paper describes a volume of fluid(VOF) method, mRHRIC for the simulation of free surface flows around ship hulls and provides its validation against benchmark test cases. The VOF method is developed on the basis of RHRIC method developed by Park et al. that uses high resolution differencing schemes to algebraically preserve both the sharpness of interface and the boundedness of volume fraction. A finite volume method is used to solve the governing equations, while the realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ model is used for turbulence closure. The present numerical results of the resistance performance tests for DTMB5415 and KCS hull forms show a good agreement with available experimental data and those of other free surface methods.
Kim, Do-Hyoung;Hong, Seon-Ok;Lee, Dae-Geun;Lee, Young-Gon;Kim, Baek-Jo
Atmosphere
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v.26
no.3
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pp.423-433
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2016
In this study, performance of a computational fluid dynamics (CFD) model is assessed from analysis on air flow pattern which is observed in the artificial street canyon. Field observations focusing on flows were conducted at an artificial street canyon in Magok region. For the observation of three-dimensional airflow structures, twelve three-dimensional wind anemometers (hereafter, CSAT3) were installed inside the street canyon. The street canyon was composed of two rectangular buildings with 35-m length, 4-m width, and 7-m height. The street width (distance between the buildings) is 7 m, making the street aspect ratio (defined by the ratio of building height to street width) of 1. For the observation of above-building wind, a CSAT3 was installed above the northwest-side building. Southwesterly, westerly and northwesterly were dominant in the street canyon during the observations. Because wind direction is parallel to the street canyon in the southwesterly case, westerly and northwesterly were selected as inflow directions in numerical simulations using a computational fluid dynamics model developed through the collaborative research project between National Institute of Meteorological Sciences and Seoul National University (CFD_NIMR_SNU). The observations showed that a well-structured vortex flow (skimming flow) and an evidence of a small eddy at the corner of the downwind building and ground appeared. The CFD_NIMR_SNU reproduced both the observed flow patterns reasonably well, although wind speeds inside the street canyon were underestimated.
In this study, the effect of flow settling means on the performance of fan tester were numerically investigated by using a computational fluid dynamics (CFD). The airflow rate was calculated from the pressure differential across a flow nozzle in the measuring plane and the flow settling means were generally installed in the chamber of the fan tester to provide proper airflow patterns ahead of the measuring plane. The predicted nozzle differential pressures with uniform inlet velocities were compared with the values of the ANSI/AMCA 210-99 to verify the performance of the commercial CFD code CFX 5.6. The influence of flow settling means on the measurement of airflow rate in a fan tester were discussed with various porosities and inlet jet velocities. The results obtained show that the proper band of porosities exist to meet the AMCA standard in a specified inlet jet velocity.
This paper presents the steady-state performance analysis of the first stage of a multistage centrifugal pump, composed of a shrouded-impeller, a vaned-diffuser and a return-channel, using the commercially available computational fluid dynamics (CFD) code, ANSYS CFX. The detailed flow fields in the vaned-diffuser with outlet in its side wall and the return-channel are investigated by the CFD code adopted in the present study. The effect of the vaned-diffuser with a downstream crossover bend and the corresponding return-channel on the overall hydrodynamic performance of the first stage pump has also been demonstrated over the normal operating conditions. The predicted hydrodynamics for the diffusing components herein could provide useful information to match the inlet blade angle of the next stage impeller for improving the multistage pump performances.
In this study, the effect of flow settling means on the performance of fan tester were numerically investigated by using a computational fluid dynamics(CFD). The airflow rate was calculated from the pressure differential across a flow nozzle in the measuring plane and the flow settling means were generally installed in the chamber of the fan tester to provide proper airflow patterns ahead of the measuring plane. The predicted nozzle differential pressures with uniform inlet velocities were compared with the values of the ANSI/AMCA 210-99 to verify the performance of the commercial CFD code CFX 5.6. The influence of flow settling means on the measurement of airflow rate in a fan tester were discussed with various porosities and inlet jet velocities. The results obtained show that the proper band of porosities exist to meet the AMCA standard in a specified inlet jet velocity.
This paper presents the transient performance analysis of a micro-hydro Pelton turbine for the osmotic power generation using the commercially available computational fluid dynamics (CFD) code, ANSYS CFX. The detailed flow field in the micro Pelton turbine with a single-jet is investigated by the CFD code adopted in the present study. Predicted characteristic curves agree fairly well with measured data for a prototype Pelton turbine over the normal operating conditions. The computational analysis method presented herein can be effectively applied to the hydraulic design optimization process of general purpose Pelton turbine runners.
Flow analysis and performa nce evaluation have been performed for a ventilation axial-flow fan with different positions of the motor. Two different positions of motor have been tested; one is in front of the impeller and the other is behind the impeller. Flow analyses are performed by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations through a finite-volume solver. Preliminary numerical calculations are carried out to test the performances of different turbulence models, i.e., SST model, k-$\omega$ model, and k-$\varepsilon$ model with and without using empirical wall function in the flow analysis. The validation of numerical analyses has been performed in comparison with the experimental data. The numerical results for the performance characteristics of the ventilation axial-flow fan with two different positions of the motor have been presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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