International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.6
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pp.589-601
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2016
The hybrid grid was adopted and numerical prediction analysis of propeller unsteady bearing force considering free surface was performed for mode and full-scale KCS hull-propeller-rudder system by employing RANS method and VOF model. In order to obtain the propeller velocity under self-propulsion point, firstly, the numerical simulation for self-propulsion test of full-scale ship is carried out. The results show that the scale effect of velocity at self-propulsion point and wake fraction is obvious. Then, the transient two-phase flow calculations are performed for model and full-scale KCS hull-propeller-rudder systems. According to the monitoring data, it is found that the propeller unsteady bearing force is fluctuating periodically over time and full-scale propeller's time-average value is smaller than model-scale's. The frequency spectrum curves are also provided after fast Fourier transform. By analyzing the frequency spectrum data, it is easy to summarize that each component of the propeller bearing force have the same fluctuation frequency and the peak in BFP is maximum. What's more, each component of full-scale bearing force's fluctuation value is bigger than model-scale's except the bending moment coefficient about the Y-axis.
Numerical simulations are conducted for laminar flow past a sphere rotating In the transverse direction, in order to investigate the effect of the rotation on the characteristics of flow over a sphere. The Reynolds numbers considered are Re=100, 250 and 300 based on the free-stream velocity and the sphere diameter, and the rotational speeds are in the range of $0{\leq}{\omega}{\leq}1$, where ${\omega}^{\ast}$ is the maximum velocity on the sphere surface normalized by the free-stream velocity. At ${\omega}^{\ast}=0$ (without rotation), the flow past the sphere experiences steady axisymmeoy, steady planar-symmetry and unsteady planar-symmetry, respectively, at Re=100, 250 and 300. However, with rotation, the flow becomes planar-symmetric for all the cases investigated and the symmetry plane is orthogonal to the axis of the rotation. The flow is also steady or unsteady depending on both the Reynolds number and the rotational speed, and the vortical structures behind the sphere are significantly modified by the rotation. For example, at Re=300, hairpin vortices completely disappear in the wake at ${\omega}^{\ast}=0.4\;and\;0.6$, and at ${\omega}^{\ast}=1$ vortical structures of a high frequency are newly generated due to the shear layer instability. It is also shown that with increasing rotational speed, the time-averaged drag and lift coefficients increase monotonically.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.3
s.153
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pp.258-266
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2007
CFD calculations are performed for KRISO 3600TEU container ship(KCS) models with different Reynolds numbers. Numerical calculations of the turbulent flows with the free surface around KCS have been carried out at $Re=0.791{\times}106\;and\;Re=1.4{\times}107$ using a standard Fluent package. In both cases, Froude number is fixed with 0.26 and wave elevation is simulated by using the VOF method. The calculated results at $Re=1.4{\times}107\;and\;Re=0.791{\times}106$ are compared with the experiment data of KRISO towing tank test and RIMS CWC test, respectively. Boundary layer thickness and wake field shows Reynolds number differences. There are some changes in wave pattern behind transom stern.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.1
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pp.67-77
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2014
In this study, Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM) which is based on the existing ${\kappa}-{\omega}$ model has been applied to the flow field analysis around ship hulls. Existing transport equations for the turbulent kinetic energy and the dissipation rate are used in almost the same form and anisotropy terms of Reynolds stresses are newly considered. The well-known KVLCC2 and KCS hull forms are selected as validation cases, which were also used in 2010 Workshop on CFD in Ship Hydrodynamics. In case of KVLCC2 double model, comparison of mean velocity distribution, turbulent kinetic energy, and Reynolds stresses near the propeller plane has been carried out and wave elevation and wave profiles have been additionally studied for KCS and KVLCC2 with free surface models. Some improved results for mean velocity distribution at the propeller plane have been obtained while there is little change in free surface wave profiles.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.10
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pp.954-961
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2008
An experimental study has been conducted to investigate the flow field around the wing having a circular damage hole. The damage was represented by a circular hole passing through the model with 10% airfoil chord diameter and normal to the chord. The hole was centered at quarter or half chord. The PIV flow fields and static pressure measurements on the wing upper and lower surface were carried out at Rec=2.85×105 based on the chord length. The PIV results showed the two types of flow structures around a damage hole were formed. The first one was a weak jet that formed an attached wake behind the damage hole. The second one resulted from increased incidence; this was a strong jet where the flow through the hole penetrates into the free-stream resulting in extensive separation of oncoming boundary layer flow and development of a separated wake with reverse flow. The surface pressure data showed a big pressure alteration near the circular damage hole. The severity of pressure alteration was increased as a damage hole located nearer to the leading edge.
Kim, Gyeong-Cheon;Ji, Ho-Seong;Chu, Jae-Min;Lee, Seok-Ho;Seong, Seung-Hak
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.578-586
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2002
Flow structures around a rectangular prism have been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. A thick turbulent boundary layer was generated by using spires arid roughness elements. The boundary layer thickness, displacement thickness and momentum thickness were 650mm, 117.4mm and 78mm, respectively. The ratio between the model height(40mm) and the boundary layer thickness H/$\delta$, was 0.06. The Reynolds number based on the free stream velocity and the height of the model was 7.9$\times$10$^3$. The PIV measurements were performed at three different wall normal planes. Three recirculation regions at forward facing step, top of the roof and backward facing step are clearly seen and show three dimensional features. Dramatic changes of flow patterns are observed in the wake regions in the different spanwise wall normal planes. Instead of reattachment and recirculation zone, rising streamlines are depicted at the normal planes near the side wall due to the interaction with a rising horse shoe vortex. The peak of turbulent kinetic energy occurs at the separation bubble on top of the roof and the magnitude is 2.5 times higher compared with that of the wake region.
Kim, Ho;Jang, Jinho;Hwang, Seunghyun;Kim, Myoung-Soo;Hayashi, Yoshiki;Toda, Yasuyuki
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.5
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pp.371-379
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2016
In the ship design process, ship motion and propulsion performance in sea waves became very important issues. Especially, prediction of ship propulsion performance during real operation is an important challenge to ship owners for economic operation in terms of fuel consumption and route-time evaluation. Therefore, it should be considered in the early design stages of the ship. It is thought that the averaged value and fluctuation of effective inflow velocity to the propeller have a great effect on the propulsion performance in waves. However, even for the nominal velocity distribution, very few results have been presented due to some technical difficulties in experiments. In this study, flow measurements near the propeller plane using a stereo PIV system were performed. Phase-averaged flow fields on the propeller plane of a KVLCC2 model ship in waves were measured in the towing tank by using the stereo PIV system and a phase synchronizer with heave motion. The experiment was carried out at fully loaded condition with making surge, heave and pitch motions free at a forward speed corresponding to Fr=0.142 (Re=2.55×106) in various head waves and calm water condition. The phase averaged nominal velocity fields obtained from the measurements are discussed with respect to effects of wave orbital velocity and ship motion. The low velocity region is affected by pressure gradient and ship motion.
An experiment was carried out to figure out the instantaneous flow characteristics in the wake of the transom stern's 2-dimensional section by 2-frame grey level cross correlation PIV method at $Re=3.5{\times}103$, $Re=7.0{\times}103$. The stern angles of models were learning at $45^{\circ}$(Model "A"), $90^{\circ}$(Model "B") and $135^{\circ}$(Model "C") respectively based on the survey results of real ships. The depth of wetted surface is 40mm from free surface. As Reynolds number increases, vortices increase in volume and move their way to the downstream. Flow separation appeared at the end of model's bottom.
Large-eddy simulations of the flow around a circular cylinder at a Reynolds number, based on cylinder diameter and free-stream velocity, $Re_D=2{\times}10^4$ are presented. Three different dynamic subgrid-scale models are used, viz. the dynamic eddy-viscosity model and two different mixed two-parameter models. The sensitivity to grid refinement in the spanwise and radial directions is systematically investigated. For the highest resolution considered, the effects of subgrid-scale modeling are also discussed in detail. In particular, it is shown that SGS modeling has a significant influence on the low-frequency modulations of the aerodynamics loads, which are related to significant changes in the near wake structure.
Computational methods can be classified roughly into two parts: one is the methods based on a potential flow theory, and the other is numerical solvers(CFD) based on Navier-Stockes equation. Methods based on a potential theory are more effective than CFD when the free surface effect is considered. Especially Rankine source method seems to become widespread for simulations of wave making problems. For computations of viscous flow problems, CFD techniques have rapidly been developed and have shown many successful results in the viscous flow calculation. Present paper introduces a computational system 'WAVIS' which includes a pre-processor, potential ant viscous flow solvers and a post-processor. To validate the system, the calculated results for modem commercial hull forms are compared with measurements. It is found that the results from the system are in good agreement with the experimental data, illustrating the accuracy of the numerical methods employed for WAVIS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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