Kim, Sang-Moon;Yi, Seung-Jae;Kim, Hyun-Dong;Kim, Jong-Wook;Kim, Kyung-Chun
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.8
no.1
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pp.31-38
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2010
An experimental study to evaluate dynamic structures of flow and turbulence characteristics in bubble-driven liquid flow in a rectangular tank with a varying flow rate of compressed air is conducted. Liquid flow fields are measured by time-resolved particle image velocimetry (PIV) with fluorescent tracer particles to eliminate diffused reflections, and by an image intensifier to acquire enhanced clean particle images. Instantaneous vector fields are investigated by using the two frame cross-correlation function and bad vectors are eliminated by magnitude difference technique. By proper orthogonal decomposition (POD) analysis, the energy distributions of spatial and temporal modes are acquired. When Reynolds number increases, bubble-induced turbulent motion becomes dominant rather than the recirculating flow near the side wall. The total kinetic energy transferred to the liquid from the rising bubbles shows a nonlinear relation regarding the energy input because of the interaction between bubbles and free surface.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.5
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pp.484-491
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2007
Numerical experiments using a numerical wave tank have been performed to verier the nonlinear interaction between monochromatic waves and a submerged horizontal plate. As a model for numerical wave tank, we used a higher-order Boundary Element Method(BEM) based on fully nonlinear potential flow theory and CADMAS-SURF for solving Navier Stokes equations and exact free surface conditions. Both nonlinear models are able to predict the higher harmonic generation in the shallow water region over a submerged horizontal plate. CADMAS-SURF, which involves the viscous effect, can evaluate the higher harmonic generation by flow separation and vortices at the each ends of plate. The comparison of reflection and transmission coefficients with experimental results(Patarapanich and Cheong, 1989) at different lengths and submergence depths of a horizontal plate are presented with a good agreement. It is found that the transfer of energy from the incident fundamental waves to higher harmonics becomes larger as the submergence depth ratio decreases and the length ratio increases.
The nonlinear free-surface motions interacting with a floating body were investigated using the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method proposed by Koshizuka and Oka [6] for incompressible flow. In the numerical method, more realistic Lagrangian moving particles were used for solving the flow field instead of the Eulerian approach with a grid system. Therefore, the convection terms and time derivatives in the Navier-Stokes equation can be calculated more directly, without any numerical diffusion, instabilities, or topological failure. The MPS method was applied to a numerical simulation of predicting the efficiency of floating-type breakwater interacting with waves.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.1
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pp.61-69
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1999
To promote the usability of CFD techniques for the basic hull form design, a hull surface mesh generating program, based on given station offsets and centerline profile, is developed. The new method employs non-uniform parametric splines with predetermined waterline end-shapes of natural spline, normal spline, ellipse, parabola hyperbola, and their combinations. Generated hull surface meshes can be utilized for potential panel method immediately and can be also used as a boundary grid surface for 3-D field grid system. Mesh topology chosen to represent hull surface can be transformed into a rectangle, which he1ps the flow solvers to transform surface meshes for the nonlinear free surface condition or to define the turbulence quantities. To prove the applicability, a container ship with bow and stem bulb is chosen, and the procedures generating hull surface meshes are described.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.10
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pp.675-683
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2017
In this study, a theoretical analysis was performed to the flow of refilling stage in a safety injection tank, which is the core cooling system of nuclear power plant in an emergency. A theoretical model was proposed with a nonlinear governing equation defining on the flow of the refilling process of the coolant. Utilizing the Taylor-series expansion, the $1^{st}$ - order approximation flow equation was obtained, along with its analytic solution of closed type, which could predict accurately the variations of free surface height and flow rate of the coolant. The availability of theoretical result was confirmed by comparing with previous experimental results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.1
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pp.67-81
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2000
An accurate and efficient numerical method for two-dimensional nonlinear radiation problem has been developed. The wave motion due to a moving body is described by the assumption of ideal fluid flow, and the governing Laplace equation can be effectively solved by the higher-order boundary element method with the help of the GMRES (Generalized Minimal RESidual) algorithm. The intersection or corner problem is resolved by utilizing the so-called discontinuous elements. The implicit trapezoidal rule is used in updating solutions at new time steps by considering stability and accuracy. Traveling waves caused by the oscillating body are absorbed downstream by the damping zone technique. It is demonstrated that the present method for time marching and radiation condition works efficiently for nonlinear radiation problem. To avoid the numerical instability enhanced by the local gathering of grid points, the regriding technique is employed so that all the grids on the free surface may be distributed with an equal distance. This makes it possible to reduce time interval and improve numerical stability. Special attention is paid to the local flow around the body during time integration. The nonlinear radiation force is calculated by the "acceleration potential technique". Present results show good agreement with other numerical computations and experiments.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.691-706
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2021
This paper aims to numerically investigate violent sloshing in a partially filled three-dimensional (3D) prismatic tank with or without a baffle, further to clarify the suppressing performance of the baffle and the damping mechanism of sloshing. The numerical model is based on a Cartesian grid multiphase flow method, and it is well validated by nonlinear sloshing in a 3D rectangular tank with a vertical baffle. Then, sloshing in an unbaffled and baffled prismatic tank is parametrically studied. The effects of chamfered walls on the resonance frequency and the impact pressure are analyzed. The resonance frequencies for the baffled prismatic tank under different water depths and baffle heights are identified. Moreover, we investigated the effects of the baffle on the impact pressure and the free surface elevation. Further, the free surface elevation, pressure and vortex contours are analyzed to clarify the damping mechanism between the baffle and the fluid.
A design procedure for a ship with minimum total resistance has been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) to search for optimized hull form and CFD(Computational Fluid Dynamics) technique. The friction resistance is estimated using the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave making resistance is evaluated using a potential-flow panel method based on Rankine sources with nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of hull surface is represented and modified using B-spline surface patches during the optimization process. Using the Series 60 hull ($C_B$ =0.60) as a base hull, the optimization procedure is applied to obtain an optimal hull that produces the minimum total resistance for the given constraints. To verify the validity of the result, the original model and the optimized model obtained by the optimization process have been built and tested in a towing tank. It is shown that the optimal hull obtained around $13\%$ reduction in the total resistance and around $40\%$ reduction in the residual resistance at a speed tested compared with that of the original one, demonstrating that the present optimization tool can be effectively used for efficient hull form designs.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.135-140
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2006
Numerical computations are made to predict wave loads on a vertical cylinder in an extreme wave. To generate the extreme wave, a frequency-focused unidirectional wave is adopted in three-dimensional numerical wave tank. The mathematical formulation is wide in the scope of the potential theory with fully nonlinear free surface conditions. As a numerical method, finite element method based on variational principle is applied. Comparisons between the present numerical results and the previous computation data. show a good agreement.
A particle method has been developed for analyzing the motion of 2-D floating body in waves. The particle method is based on the MPS(Moving Particle Semi-implicit) method suggested by Koshizuka et al. (1996), and the flow motion coupled with the motion of floating body can be simulated. The wavemaker and wave absorber are installed at the inflow and outflow boundaries in a computational domain, respectively. The motion characteristics of a floating body is investigated numerically under the various computational conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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