Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.3
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pp.151-164
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2013
Multidimensional dynamic water quality model of organic matter and trophic state was applied to the Han River system. The model was calibrated using field measurement data obtained during the year of 2007. The model results showed reasonable performance in predicting temporal variations of TN, TP, Chl-a and BOD concentrations. The applied integrated modeling system can be effectively used to simulate water quality as well as hydrodynamic and water temperature for river-lake continuous system in the Han River. Utilizing the calibrated model, we analyzed the spatial and temporal distributions of TN, TP, Chl-a and BOD concentrations in the Han River system. The temporal variations of water quality at each river reach and lake were effectively simulated with the developed model and spatial distribution of water qualities in the Han River system could be compared. The multidimensional dynamic modeling system can simulate the water qualities of entire waterbody where Lake Paldang and the incoming flows are included using single modeling system. So it can be effectively used for integrated water quality management of the Han River system.
Vertical structures of wind-driven and tidal currents in a rectangular shaped uniform-depth basin of homogeneous water have been investigated using a mode-splitted, multi-level grid-box, hydrodynamic numerical model. The model was verified using analytical solutions for various vertical eddy viscosity profiles such as: a constant eddy viscosity, a linearly decreasing or increasing variation with depth, a quadratic variation with depth and an exponential variation with depth. Particular attention has been paid on the effects of "near-surface wall layer" on vertical shear of velocity. In numerical calculations, the whole water depth was divided into 13 levels with an unequal grid spacing. the model satisfactorily reproduces the velocity profile, but in case the eddy viscosity decreases rapidly with depth as in quadratical or exponential variation with depth, the vertical gradient of velocity near the bottom became very steep, and analytical solutions and numerical results showed some discrepancy. The vertical structures of horizontal velocity vary with both the depth-averaged value of eddy viscosity and its profiles. the velocity near the sea surface and near the bottom responded sensitively to the eddy viscosity of wall layer. For wind-driven current, the strong velocity shear was generated near the sea surface as eddy viscosity near the surface became small. For tidal current, the velocity above the sea bottom layer was almost constant regardless of the profiles of vertical eddy viscosity, but velocity in the sea bottom layer showed strong shear as eddy viscosity became small.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.4
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pp.648-656
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2022
As environmental regulations such as the International Maritime Organization (IMO)'s strategy to reduce greenhouse gases(GHG) are strengthened, technology development such as eco-friendly ships and alternative fuels is expanding. As part of this, ship propulsion technology using energy reduction and wind propulsion technology is emerging, especially in shipping companies and shipbuilders. By securing wind propulsion technology and introducing empirical research into shipbuilding and shipping, a high value-added market using eco-friendly technology can be created. Moreover, by reducing the fuel consumption rate of operating ships, GHG can be reduced by 6-8%. Rotor Sail (RS) technology is to generate a hydrodynamic lift in the vertical direction of the cylinder when the circular cylinder rotates at a constant speed and passes through the fluid. This is called the Magnus effect, and this study attempted to propose a plan to increase propulsion efficiency through a numerical analysis study on turbulence flow characteristics around RS, a wind power assistance propulsion system installed on a ship. Therefore, CL and CD values according to SR and AR changes were derived as parameters that affect the aerodynamic force of the RS, and the flow characteristics around the rotor sail were compared according to EP application.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5B
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pp.575-589
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2008
In the present work, we investigate the hydrodynamic behavior of a turbulent bore, such as tsunami bore and tidal bore, generated by the removal of a gate with water impounded on one side. The bore generation system is similar to that used in a general dam-break problem. In order to the numerical simulation of the formation and propagation of a bore, we consider the incompressible flows of two immiscible fluids, liquid and gas, governed by the Navier-Stokes equations. The interface tracking between two fluids is achieved by the volume-of-fluid (VOF) technique and the M-type cubic interpolated propagation (MCIP) scheme is used to solve the Navier-Stokes equations. The MCIP method is a low diffusive and stable scheme and is generally extended the original one-dimensional CIP to higher dimensions, using a fractional step technique. Further, large eddy simulation (LES) closure scheme, a cost-effective approach to turbulence simulation, is used to predict the evolution of quantities associated with turbulence. In order to verify the applicability of the developed numerical model to the bore simulation, laboratory experiments are performed in a wave tank. Comparisons are made between the numerical results by the present model and the experimental data and good agreement is achieved.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4C
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pp.231-238
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2008
A column testing device capable of measuring the electrical resistivity of soil at 3 different locations was developed to verify applicability of bulk electrical conductivity (BEC) breakthrough curves in monitoring contaminant transport. Tracer injection tests were conducted with three different types of saturated sands to obtain average linear velocities and longitudinal hydrodynamic dispersion coefficients based on BEC breakthrough curves and effluent solute breakthrough curves. Comparative analysis of transport parameters obtained from curve fitting the results into the analytical solutions confirmed the validity of resistance measurements in estimating time-continuous resident solute concentration. Under the assumption that a linear relationship exists between ${\sigma}_{sat}-{\sigma}_w-C$, the BEC breakthrough curves are able to effectively reduce the laborious and time-consuming processes involved in the conventional method of sampling and analysis. In order to reduce possible uncertainties in analyzing the BEC breakthrough curves, it was recommended that resistance measurements take place nearby the effluent boundary. In addition, a sufficient electrical contrast or difference in the electrical conductivity of the influent and the saturating solution is required to conduct reliable analysis.
Jun-Taek, Lim;Michael;Nam-Kyun, Im;Kwang-Cheol, Seo
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.6
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pp.672-680
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2023
Weight is a critical factor in the ship design process given that it has a substantial impact on the hydrodynamic performance of ships. Typically, ships are optimally designed for specific conditions with a fixed draft and displacement. However, in reality, weight and draft can vary within a certain range owing to operational activities, such as fuel consumption, ballast adjustments, and loading conditions . Therefore, we investigated how resistance changes under three different loading conditions, namely overload, design-load, and lightship, for small craft, using both model experiments and numerical simulations. Additionally, we examined the sensitivity of weight changes to resistance to enhance the performance of ships, ultimately reducing power requirements in support of the International Maritime Organization's (IMO) goal of reducing CO2 emissions by 50% by 2050. We found that weight changes have a more significant impact at low Froude Numbers. Operating under overload conditions, which correspond to a 5% increase in draft and an 11.1% increase in displacement, can lead to a relatively substantial increase in total resistance, up to 15.97% and 14.31% in towing tests and CFD simulations, respectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.3
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pp.163-171
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2024
Structural health monitoring for ships and offshore structures is important in various aspects. Ships and offshore structures are continuously exposed to various environmental conditions, such as waves, wind, and currents. In the event of an accident, immense economic losses, environmental pollution, and safety problems can occur, so it is necessary to detect structural damage or defects early. In this study, structural response data of multi-linked floating offshore structures under various wave load conditions was calculated by performing fluid-structure coupled analysis. Furthermore, the order reduction method with distortion base mode was applied to the structures for predicting the structural response by using the results of numerical analysis. The distortion base mode order reduction method can predict the structural response of a desired area with high accuracy, but prediction performance is affected by sensor arrangement. Optimization based on a genetic algorithm was performed to search for optimal sensor arrangement and improve the prediction performance of the distortion base mode-based reduced-order model. Consequently, a sensor arrangement that predicted the structural response with an error of about 84.0% less than the initial sensor arrangement was derived based on the root mean squared error, which is a prediction performance evaluation index. The computational cost was reduced by about 8 times compared to evaluating the prediction performance of reduced-order models for a total of 43,758 sensor arrangement combinations. and the expected performance was overturned to approximately 84.0% based on sensor placement, including the largest square root error.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.25
no.2
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pp.86-93
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2024
This study evaluates the stability of a 4.99-ton small coastal fishing boat using data interpreted according to the second-generation intact stability criteria of the International Maritime Organization (IMO). The focus is on the ship's behavior under surfriding/broaching conditions during sea navigation, ensuring compliance with international standards. The data processing procedures presented apply stricter criteria than the first-generation intact stability standards to assess the ship's intact stability in waves. However, if the vessel deviates from its standard condition, a separate intact stability assessment based on actual loading conditions is necessary. The surfriding/broaching data processing procedures utilized a program developed by the Shipbuilding and Ocean Equipment Research Center at Kunsan National University. The results were analyzed and compared in detail according to the conditions, parameters, and criteria used for the calculations. Additionally, the study presents the results of Level 1 and Level 2 assessments according to IMO regulations, providing a parametric analysis of the small coastal fishing boat's stability. This allows for the evaluation of intact stability in hydrodynamic motion scenarios.tract.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.10
no.2
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pp.67-85
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2007
A three-dimensional hydrodynamic model with the fine grid is applied to simulate the barotropic tides, tidal currents, residual currents and salinity dispersions in the Yellow Sea and the East China Sea. Data inputs include seasonal hydrography, mean wind and river input, and oceanic tides. Computed tidal distributions of four major tides($M_2,\;S_2,\;K_1$ and $O_1$) are presented and results are in good agreement with the observations in the domain. The model reproduces well the tidal charts. The tidal residual current is relatively strong around west coast of Korea including the Cheju Island and southern coast of China. The current by $M_2$ has a maximum speed of 10 cm/s in the vicinity of Cheju Island with a anti-clockwise circulation in the Yellow Sea. General tendency of the current, however, is to flow eastward in the South Sea. Surface residual current simulated with $M_2$ and with $M_2+S_2+K_1+O_1$ tidal forcing shows slightly different patterns in the East China Sea. The model shows that the southerly wind reduces the southward current created by freshwater discharge. In summer during high runoff(mean discharge about $50,000\;m^3/s$ of Yangtze), low salinity plume-like structure(with S < 30.0 psu) extending some 160 km toward the northeast and Changjiang Diluted Water(CDW), below salinity 26 psu, was found within about 95 km. The offshore dispersion of the Changjiang outflow water is enhanced by the prevailing southerly wind. It is estimated that the inertia of the river discharge cannot exclusively reach the around sea of Cheju Island. It is noted that spatial and temporal distribution of salinity and the other materials are controlled by mixture of Changjiang discharge, prevailing wind, advection by flowing warm current and tidal current.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.3
no.2
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pp.59-70
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1998
Two-dimensional trend-vector model of sediment transport is first tested in the tidal flat of Garolim Bay, mid-western coast of the Korean Peninsula. Three major parameters of surface sediment, i.e., mean grain size, sorting and skewness, are used for defining the best-fitting transport trend-vector on the sand ridge and muddy sand flat. These trend vectors are compared with the real transport directions determined from morphology, field observation and bedforms. The 15 possible cases of trend vectors are calculated from total sediments. In order to find the role of coarse sediments, trend vectors from sediments coarser than < 4.5 ${\phi}$, (sand size) are separately calculated from those of total sediments. As compared with the real directions, the best-fitting transport-vector model is the "case M" of coarse sediments which is the combined trend vectors of two cases: (1) finer, better sorted and more negatively skewed and (2) coarser, better sorted and more positively skewed. This indicates sand-size grains are formed by simpler hydrodynamic processes than total sediments. Transported sediment grains are better sorted than the source sediment grains. This indicates that consistent hydrodynamic energy can make sediment grains better sorted, regardless of complicated mechanisms of sediment transport. Consequently, both transported vector model and real transported direction show that the source of sediments are located outside of bay (offshore Yellow Sea) and in the baymouth. These source sediments are transported through the East Main Tidal Channel adjacent the baymouth. Some are transported from the subtidal zone to the upper tidal flat, but others are transported farther to the south, reaching the south tidal channel in the study area. Also, coarse sediment grains on the sand ridge are originally from the baymouth, and transported through the subtidal zone to the south tidal channel. These coarse sediments are moved to the northeast, but could not pass the small north tidal channel. It is interpreted that the great amount of coarse sediments is returned back to the outside of the bay (Yellow Sea) again through the baymouth during the ebb tide. The distribution of muddy sand in the northeastern part of study area may result from the mixing of two sediment transport mechanisms, i.e., suspension and bedload processes. The landward movement of sand ridge and the formation of the north tidal channel are formed either by the supply of coarse sediments originating from the baymouth and outside of the bay (subaqueous sand ridges including Jang-An-Tae) or by the recent relative sea-level rise.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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