Lee, Kwang Ho;Park, Jung Hyun;Cho, Sung;Kim, Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.3
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pp.128-137
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2013
Due to the global warming and air pollution, interest in renewable energies has increased in recent years. In particular, the crisis of the depletion of fossil energy resources in the near future has accelerated the renewable energy technologies. Among the renewable energy resources, oceans covering almost three-fourths of earth's surface have an enormous amount of energy. For this reason, various approaches have been made to harness the tremendous energy potential. In order to achieve two purposes: to improve harbor water quality and to use wave energy, this study proposed a sea water exchange structure applying an Oscillating Water Column (OWC) wave generation system that utilizes the air flow velocity induced by the vertical motion of water column in the air chamber as a driving force of turbine. In particular, the airflow velocity in the air chamber was estimated from the time variations of water surface profile computed by using 3D-NIT model based on the 3-dimensional irregular numerical wave tank. The relationship of the frequency spectrums between the computed airflow velocities and the incident waves was analyzed. This study also discussed the characteristics of frequency spectrums in the air chamber according to the presence of the structure, wave deformations by the structure, and the power of the water and air flows were also investigated. It is found that the phase difference exists in the time series data of water level fluctuations and air flow in the air chamber and the air flow power is superior to the fluid flow power.
Mainly, Floating Breakwaters (FBs) have been constructed in many coastal regions due to the advantages of the coastal environment and construction cost. In general, the FB becomes fixed or its width broadened because the movement of the FB comes to be large and its the wave control function lower for the long period incident waves. This study discusses the wave control function of two-rowed Fixed Floating Breakwater (FFBs) that have narrower width than that of the one-rowed FFB by using numerical approach. Boundary Element Method (BEM) based on the Green formula and Eigenfunction Expansion Method (EEM) are applied to evaluate the three-dimensional wave transformation near the wave fields of two-rowed FFBs. The validity of the present study is confirmed by comparing it with the results of Ijima et al. (1974) and Yoshida et al. (1992) for the one-rowed Fixed Floating Structure. It is revealed that the wave control function of two-rowed FFBs is more effective than that of the one-rowed FFB.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.11
no.1
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pp.35-41
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2008
Overtopping wave energy convertor is an offshore wave energy convertor for collecting the overtopping waves converting the water pressure head into electric power through the hydro turbines. This paper presents a numerical wave tank based on the commercial CFD code Fluent. The Reynolds Averaged Naiver-Stokes and VOF model is utilized to generate the 2D numerical linear propagating waves, which has been validated by the analytical solutions. Several incident wave conditions and shape parameters are calculated in the optimal designing investigation of the overtopping characteristics and discharge for the overtopping wave energy convertor.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.530-541
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2019
To improve our current understanding of tsunami-like solitary waves interacting with a row of vertical slotted piles on a sloping beach, a 3D numerical wave tank based on the CFD tool $OpenFOAM^{(R)}$ was developed in this study. The Navier-Stokes equations were employed to solve the two-phase incompressible flow, combining with an improved VOF method to track the free surface and a LES model to resolve the turbulence. The numerical model was firstly validated by our laboratory measurements of wave, flow and dynamic pressure around both a row of piles and a single pile on a slope subjected to solitary waves. Subsequently, a series of numerical experiments were conducted to analyze the breaking wave force in view of varying incident wave heights, offshore water depths, spaces between adjacent piles and beach slopes. Finally, a slamming coefficient was discussed to account for the breaking wave force impacting on the piles.
Dean's equilibrium beach profile formula was used to investigate the correlation between the static shoreline position and the incident wave energy. The effect of the longshore sediment transport was neglected, and the results showed the reasonable agreement compared with the field observations of Yates et al.(2009), which were conducted for almost 5 years on southern California beaches, USA. The shoreline response varies with the scale factor of Dean's equilibrium beach profile. This implies that the shoreline response could be simply estimated using the sampled grain size without laborious long-term field work. Therefore, the present study results are expected to be practically used for the layout design of submerged or exposed detached breakwaters although the further work is required for performance verification. In addition, after laborous mathematical reviews, the linear relation between incident energy and shoreline response, which was obtained from Yates's field study, yielded a clear mathematical equation showing how the beach slope is related to the grain size.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.17
no.3
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pp.224-235
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2014
Changes in the interactions among incident ocean water waves, coastal debris (marine debris), and the back vegetation zone line on a natural sandy beach on the island of Jinu-do in the Nakdong river estuary were investigated. The study involved a cross-sectional field survey of the beach, numerical modeling of incident ocean water waves, field observations of the distribution of coastal debris, and vegetation zone line tracking using GPS. The conclusions of this study can be summarized as follows: (1) The ground level of the swash zone (sandy beach) on Jinu-do is rising, and the vegetation zone line, which is the boundary of the coastal sand dunes, shows a tendency to move forward toward the open sea. The vegetation zone line is developing particularly strongly in the offshore direction in areas where the ground level is elevated by more than 1.5 m. (2) The spatial distributions of incident waves differed due to variations in the water depth at the front of the beach, and the wave run-up in the swash zone also displayed complex spatial variations. With a large wave run-up, coastal debris may reach the vegetation zone line, but if the run-up is smaller, coastal debris is more likely to deposit in the form of an independent island on the beach. The deposited coastal debris can then become a factor determining which vegetation zone line advances or retreats. Finally, based on the results of this investigation, a schematic concept of the mechanisms of interaction between the coastal debris and the coastal vegetation zone line due to wave action was derived.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.5
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pp.345-357
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2011
Recently, as part of diversifying energy sources and earth environmental issues, technology development of new renewable energy using wave energy is actively promoted and commercialized around Europe and Japan etc. In particular, OWC(Oscillating Water Column) wave power generation system using air flow induced by vertical movement of the water surface by waves in an air-chamber within caisson is known as the most efficient wave energy absorption device and therefore, is one of the wave power generation apparatus the closest to commercialization. This study examines air flow velocity, which operates turbine(Wells turbine) directly in oscillating water column type wave power generation structure from two-and three-dimensional numerical experiments and discusses optimal shape of oscillating water column type wave power generation structure by estimating the maximum flow rate of air according to change in shape. The three-dimensional numerical wave flume was applied in interpretation for this study which is the model for the immiscible two-phase flow based on the Navier-Stokes Equation. From this, it turned out that size of optimal shape appears differently according to the incident wave period and air flow is maximized at the period where minimum reflection ratio occurs.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.6
no.1
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pp.7-14
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2003
The interaction of monochromatic incident waves with a submerged horizontal porous membrane is investigated in the context of two-dimensional linear hydro-elastic theory. It is assumed that the membrane is made of material with very fine pores so that the normal velocity of the fluid passing through the porous membrane is linearly proportional to the pressure difference between two sides of the membrane (e.g. Darcy's law). Using the Eigen-function expansion method, the wave-blocking performance of a submerged horizontal porous membrane is tested with various membrane tensions, porosities, lengths, and submerged depths. It is found that an optimal combination of design parameters exists for given water depth and wave characteristics.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.15
no.2
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pp.111-117
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2012
Oscillating water column is the most widely used ocean energy converting systems all over the world. The operating performance is influenced by the efficiencies of the two converting stages in the OWC chamber-turbine integrated system. In order to consider the effects of the turbine, the orifice model are carried out. The VOF based Numerical Wave Tank (NWT) is utilized to simulate the water column oscillation inside the chamber and the results are compared with corresponding experimental data. This paper reviews the state of the art in interaction among wave elevation inside the chamber and air flow rate in the duct, which are considered the turbine effects. Effects of incident wave conditions and several shape parameters on the operating performance of OWC chamber are investigated numerically. The effects of the impulse turbine on the integrated system and interaction among the wave elevation, pressure and air flow velocities variations are investigated.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.10
no.2
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pp.100-108
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1998
Morison formula has been used in the determination of wave forces acting on vertical cylindrical piles of ocean structures. The formula, however, can be applied to mildly varying varying incident waves with symmetrical shapes. The breaking waves impinge on structures with very high impact forces, which completely differ from the inertia and drag forces of the Morison formula in both magnitudes and characteristics. In the present study, a boundary element method is applied to determine the water particle velocity and acceleration under the breaking waves. A numerical model is then developed to determine breaking wave forces utilizing those water particle kinematics. The results of the model is then developed to determine breaking wave forces utilizing those water particle kinematics. The results of the model agree well with existing experimental data, giving maximal wave forces 3 times and maximal moments 5 times larger than the Morison formula does.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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