• 제목/요약/키워드: MAC Method Free Surface

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3차원 표면효과익의 자유표면 효과에 관한 수치연구

  • 곽승현
    • 한국해양공학회지
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    • 제12권2호통권28호
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    • pp.79-86
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    • 1998
  • A three-dimensional WIG (Wing In Ground effect) moving above free surface is numerically studied by means of finite difference techniques. The air flow field around the WIG is analyzed by MAC (Marker & Cell) method, and interactions between WIG and the free surface are appeared as the variation of pressure distribution acting on the free surface. To analyze the wavemaking phenomena by those pressure distributions, the NS (Navier-Stokes) solver is employed in which nonlinearities of the free surface conditions can be included. Through the numerical simulation, Cp values and lift/drag ratio are carefully reviewed by changing the height/chord ratio. The section shape of model is NACA0012 with the span/chord ratio of 3.0. Through computational results, it is confirmed that the effect of free surface is small enough to treat it as a rigid wavy wall.

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고효율 자유표면 경계조건에 의한 수중익 주위의 파도생성 (Wave Generation with a Hydrofoil by More Efficient Free-Surface Boundary Condition)

  • 곽승현
    • 한국항만학회지
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    • 제12권1호
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    • pp.87-93
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    • 1998
  • 항만공학 분야의 해양파 문제에서 비선형이 강한 자유수면 문제를 수치적으로 해석하였다. 자유수면 격자를 유한차분법의 이산화 과정을 통해 재연한 것으로 자유표면 경계조건에 3차 미분항을 추가시켜 수치실험을 수행하였다. MAC 방법에 새로운 수치 기법을 도입하여 수면깊이 및 받음각에 따른 수치결과를 기존의 방법과 상호 비교하였다. 본 수치연구는, 점성유동장 계산에서 3차 풍상미분항이 자유표면파 생성에 효과가 크게 나타남을 보여 주었다.

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회전요동하는 원통내의 유동 및 교반특성을 위한 수치해석적 연구 (Numerical Study on Fluid Flows and Stirring in a Circular Cylinder Subjected to Circulatory Oscillation)

  • 김현민;서용권
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제23권3호
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    • pp.408-418
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    • 1999
  • Incompressible flow inside a circular cylinder Including periodically oscillating free surface waves was studied primarily by using a numerical method. We developed a finite difference scheme based on the MAC method applicable to three-dimensional free-surface flows, and applied it to the present flow model to study tho flow characteristics as well as the fluid stirring. To verify the validity of our scheme, we performed a simple experiment for flow visualization. We found that the numerical results show a reasonable agreement with the observed flow patterns.

자유표면 환경유동에 대한 비정수압 효과 (Effects of Non-hydrostatic Pressure on Free Surface Environmental Flows)

  • 윤범상;박철우
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제8권3호
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    • pp.116-121
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    • 2005
  • 본 연구에서는 자유표면을 갖는 대규모의 환경유동의 해를 구하는데 있어 비정수압의 효과를 고려하는 새로운 계산 기법을 제시하였다. Sigma 좌표계에서 시간은 전진차분으로, 공간은 중간차분 및 풍상차분을 혼합하여 2단계 해법을 도입하였다. 계산기법의 타당성과 유효성을 검증하기 위하여, 자유표면을 갖는 정상유동과 비정상유동에 대한 전형적인 예를 설정하여 정수압 계산과 비정수압 계산을 수행하고 이들을 비교하였다. 계산결과 복잡한 해저지형을 갖는 자유표면 유동에 있어, 지정수압효과가 무시할 수 없는 유동영역이 존재함이 입증되었으며, MAC기법과 같은 3차원 유체동역학적 기법을 적용하기에는 비경제적인 문제에 대해 본 계산기법이 매우 유효하게 적용될 수 있다는 가능성이 입증되었다.

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자유표면시뮬레이션의 TOUD 연구 (Study on the Third-Order-Upwind-Difference(TOUD) for the Free-Surface Simulation)

  • 곽승현
    • 한국해양공학회:학술대회논문집
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    • 한국해양공학회 2004년도 학술대회지
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    • pp.154-159
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    • 2004
  • A new finite difference scheme is studied fur the simulation of free surface, surface the third derivative tenn for the wave elevation is artificially added in the the free-surface boundary condition. This study presents a comparative analysis with simulations performed by using the classical MAC method. More systematic computations are carried out by changing the submergence depth and angle of attack. Through the numerical simulation, it is found that a new numerical method becomes more efficient for the reason that the free surface elevation is reasonably developed at tire rear of trailing edge.

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Lift/Drag Prediction of 3-Dimensional WIG Moving Above Free Surface

  • Kwag, Seung-Hyun
    • Journal of Mechanical Science and Technology
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    • 제15권3호
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    • pp.384-391
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    • 2001
  • The aerodynamic effects of a 3-dimensional Wing in Ground Effect (WIG) which moves above the free surface has been numerically investigated via finite difference techniques. The air flow field around a WIG is analyzed by a Marker & Cell (MAC) based method, and the interactions between WIG and the free surface are studied by the pressure distributions on the free surface. Waves are generated by the surface pressure distribution, and a Navier-Stokes solver has been employed, to include the nonlinearities in the free surface conditions. The pressure values Cp and lift/drag ratio are reviewed by changing the height/chord ratio. In the present computations a NACA0012 airfoil with a span/chord ratio of 3.0 are treated. Through computational results, it is confirmed that the free surface can be treated as a rigid wavy wall.

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MAC 방법을 이용한 자유표면 유동계산 (Computations of Free-Surface Flows by Use of Marker and Cell Method)

  • 박종천;신명수;반석호;김우전
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 1995년도 추계 학술대회논문집
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    • pp.138-147
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    • 1995
  • The boundary conditions for the free-surface including the important meaning for both scientific and engineering purposes are described together with the numerical techniques to implement the conditions. Two kinds of numerical method based on MAC method are introduced. One is applied to the problem of 2D solitary wave propagation and the other is applied to the problem of 3D bow wave breaking.

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가상수조에서 자유표면을 가진 유체흐름의 가시화시뮤레이션 (The visual Simulation of Fluid Flow with Free Surface in a Virtual Water Tank)

  • 김남형;김남국
    • 한국해양공학회지
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    • 제14권3호
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    • pp.35-40
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    • 2000
  • SMAC method is, one of the numerical simulation techniques, modified from the original MAC for the time-dependent variation of fluid flows. The Navier-Stokes equation for incompressible time-dependent viscous flow is applied and, also marker particles which move with the fluid are used. Two-dimensional numerical computations of fluid flow are carried out in a virtual water tank. This paper has shown very well the movements of marker particles using SMAC method.

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선수주위 쇄파현상의 수치시뮬레이션에 관한 기초연구 (A FUNDAMENTAL STUDY ON THE NUMERICAL SIMULATION OF WAVE BREAKING PHENOMENON AROUND THE FORE-BODY OF SHIP)

  • 엄태진;이영길;정광열
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 2005년도 추계 학술대회논문집
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    • pp.195-199
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    • 2005
  • Wave breaking phenomenon near the fore body of a ship is numerically simulated. The ship advance with uniform velocity in calm water. For the simulation, incompressible Navier-Stokes equations and continuity equation are adopted as governing equations. The simulation is carried out in staggered variable mesh system with finite difference method. Marker and Cell(MAC) method and Marker-Density method are employed to track the free surface. Body boundary conditions are satisfied with the adoption of porosity method and no-slip condition on the hull surface. The ship model has a wedge type fore-body, and the computational domain is an appropriate region around the fore-body. The computation results are compared with some experimental results. Also the difference of the free surface tracking methods are discussed.

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점성을 고려한 2차원 비선형 자유표면파 문제의 수치해석 (Numeric Analysis of 2-Dimensional Nonlinear Viscous Free-Surface Wave Problems)

  • 김용환
    • 대한조선학회논문집
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    • 제30권2호
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    • pp.98-111
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    • 1993
  • 2차원 비정상 비선형 자유표면파를 해석하고 자유표면파에서의 점성효과를 관찰하였다. 유동장내의 Navier-Stokes 방정식과 연속방정식을 풀기 위해 유한해석법을 적용하였고, 자유표면의 처리를 위해 MAC 기법을 적용하였다. 그리고, 자유표면에서는 표면장력을 고려한 경계조건을 적용하였으며, 층류에 대한 점성효과만을 고려하였다. 계산모델은 천수역에서의 점성영향, 자유표면 근처에서의 보오텍스 쌍(vortex-pair)의 거동 및 전진하는 부유체 앞에서의 자유표면파문제 등이다. 천수역문제에서는 바닥과의 마찰에 기인한 자유표면파의 변화를 고찰하였으며, 특히 고립파에 대한 적용으로서 파고의 감소정도, 수직벽면에서의 파상승(wave run-up) 및 수심의 변화로 인한 유장변화 등을 살펴보았다. 보오텍스 문제에서는 보오텍스의 이동에 따른 자유표면주위의 유동변화를 관찰하였으며, 사각부유체 주위의 유동문제에서는 전진속도의 차이에 따른 자유표면파의 차이 및 물체주위의 유동특성을 관찰하였다.

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