Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.5
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pp.343-352
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2016
In this study, a pre-swirl duct for the 180,000 DWT bulk carrier has been designed from a propulsion standpoint using CFD. The stern duct - designed by NMRI - was selected as the initial duct. The objective function is to minimize the value of delivered power in model scale. Design variables of the duct include duct angle, diameter, chord length, and vertical and horizontal displacements from the center. Design variables of the stators are blade number, arrangement angle, chord length, and pitch angle. A parametric design was carried out with the objective function obtained using CFD. Reynolds averaged Navier-Stokes equations have been solved; and the Reynolds stress model applied for the turbulent closure. A double body model is used for the treatment of free-surface. MRF and sliding mesh models have been applied to simulate the actuating propeller. A self-propulsion point has been obtained from the results of towing and self-propelled computations, i.e., form factor obtained from towing computation and towing forces obtained from self-propelled computations of two propeller rotating speeds. The reduction rate of the delivered power of the improved stern duct is 2.9%, whereas that of the initial stern duct is 1.3%. The pre-swirl duct with one inner stator in upper starboard and three outer stators in portside has been designed. The delivered power due to the designed pre-swirl duct is reduced by 5.8%.
Kim, Ji-Young;Kim, Jee-Woon;Cho, Myung-Rae;Han, Dong-Chul
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.16
no.4
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pp.468-475
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2002
This paper reports on the friction characteristics of a piston ring pack with consideration of mixed lubrication. The analytical model is presented by using the average flow antral asperity contact model. The effect of operating condition, and design parameters on the MOFT, maximum friction force, and mean frictional power loss are investigated. Piston ring prick shows mixed and hydrodynamic lubrication characteristics. From the predicted results, it was fand that the ring tension and height of surface roughness have great influence on the frictional power losses in a ring pack. Especially, ring tension is a dominant factor for the reduction of friction loss and maintenance of oil film thickness.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.6
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pp.951-963
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2015
The water wave characteristics of Bragg reflections from a train of fixed floating pontoon breakwaters was studied numerically. A numerical model of boundary discretization type was developed to calculate the wave field. The model was verified by comparing to analytical data in literature and good agreements were achieved. Series of parametric studies were conducted systematically to investigate the dependence of the reflected coefficients by the Bragg scattering on the design variables, including the spacing between the breakwaters, the total number of installed breakwaters, the draft and width do the breakwater, and wave length. Certain wave characteristics of the Bragg reflections were observed and discussed in details which might be of help for practical engineering applications in shoreline protection from incident waves.
A Computational Fluid Dynamics model is presented in this study for the simulation of the complex fluid flows with free surfaces inside the Tuned Liquid Column Dampers in horizontal motion. The characteristics of the fluid model of the TLCD in horizontal motion include the free surface of the multiphase flow and the horizontal moving frame. In this study, the time depend unsteady Standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model based on Navier-Stokes equations is chosen. The volume of fluid (VOF) method and sliding mesh technique are adopted to track the free surface of water inside the vertical columns of TLCD and treat the moving boundary of the walls of TLCD in horizontal motion. Several model solution parameters comprising different time steps, mesh sizes, convergence criteria and discretization schemes are examined to establish model parametric independency results. The simulation results are compared with the experimental data in the dimensionless amplitude of the water column in four different configured groups of TLCDs with four different orifice areas. The predicted natural frequencies and the head loss coefficient of TLCDs from CFD model are also compared with the experimental data. The predicted numerical results agree well with the available experimental data.
Almitani, Khalid H.;Abdelrahman, Alaa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.35
no.4
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pp.555-566
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2020
This paper aims to present an analytical methodology to investigate influences of nanoscale and surface energy on buckling stability behavior of perforated nanobeam structural element, for the first time. The surface energy effect is exploited to consider the free energy on the surface of nanobeam by using Gurtin-Murdoch surface elasticity theory. Thin and thick beams are considered by using both classical beam of Euler and first order shear deformation of Timoshenko theories, respectively. Equivalent geometrical constant of regularly squared perforated beam are presented in simplified form. Problem formulation of nanostructure beam including surface energies is derived in detail. Explicit analytical solution for nanoscale beams are developed for both beam theories to evaluate the surface stress effects and size-dependent nanoscale on the critical buckling loads. The closed form solution is confirmed and proven by comparing the obtained results with previous works. Parametric studies are achieved to demonstrate impacts of beam filling ratio, the number of hole rows, surface material characteristics, beam slenderness ratio, boundary conditions as well as loading conditions on the non-classical buckling of perforated nanobeams in incidence of surface effects. It is found that, the surface residual stress has more significant effect on the critical buckling loads with the corresponding effect of the surface elasticity. The proposed model can be used as benchmarks in designing, analysis and manufacturing of perforated nanobeams.
Park, Hong-Bok;Yoon, Sam S.;Jepsen Richard A.;Heister Stephen D.
Journal of ILASS-Korea
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v.11
no.2
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pp.89-97
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2006
An inviscid axisymmetric model capable of predicting droplet bouncing and the detailed pre-impact motion, influenced by the ambient pressure, has been developed using boundary element method (BEM). Because most droplet impact simulations of previous studies assumed that a droplet was already in contact with the impacting substrate at the simulation start, the previous simulations could not accurately describe the effect of the gas compressed between a failing droplet and the impacting substrate. To properly account for the surrounding gas effect, an effect is made to release a droplet from a certain height. High gas pressures are computationally observed in the region between the droplet and the impact surface at instances just prior to impact. The current simulation shows that the droplet retains its spherical shape when the surface tension energy is dominant over the dissipative energy. When increasing the Weber number, the droplet surface structure is highly deformed due to the appearance of the capillary waves and, consequently, a pyramidal surface structure is formed; this phenomenon was verified with our experiment. Parametric studies using our model include the pre-impact behavior which varies as a function of the Weber number and the surrounding gas pressure.
We discuss the bi - stability that is possibly exhibited by a liquid free surface in a parametrically - driven two-dimensional (2D) rectangular tank with finite liquid depth. Following the method of adaptive mode ordering, assuming two dominant modes and retaining polynomial nonlinearities up to third-order, a nonlinear finite-dimensional nonlinear modal system approximation is obtained. A "continuation method" of nonlinear dynamics is then used in order to elicit efficiently the instability boundary in parameters' space and to predict how steady surface elevation changes as the frequency and/or the amplitude of excitation are varied. Results are compared against those of the linear version of the system (that is a Mathieu-type model) and furthermore, against an intermediate model also derived with formal mode ordering, that is based on a second - order ordinary differential equation having nonlinearities due to products of elevation with elevation velocity or acceleration. The investigation verifies that, in parameters space, there must be a region, inside the quiescent region, where liquid surface instability is exhibited. There, behaviour depends on initial conditions and a wave form would be realised only if the free surface was substantially disturbed initially.
Numerical study has been conducted in two dimensions about a NACA0012 airfoil with an oscillating microflap on the surface. We show that this microflap is effective in controlling the unsteady stall at high angles of attack. We solve the compressible Navier-Stokes equations for the Reynolds numbers with an extensible chimera grid fitted to the oscillatory microflap. For turbulent calculation, we adopt the SST $k-{\omega}$ model. We investigate the parametric effect of angle of attacks, Reynolds number, and the location where the microflap is installed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.3
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pp.500-508
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2015
High-speed heavy loaded monohull ships can benefit from application of drag-reducing air cavities under stepped hull bottoms. The subject of this paper is the steady hydrodynamic modeling of semi-planing air-cavity hulls. The current method is based on a linearized potential-flow theory for surface flows. The mathematical model description and parametric calculation results for a selected configuration with pressurized and open air cavities are presented.
Three 3D nonlinear finite-element models are developed to study the behavior of concrete beams and plates with and without external reinforcement by fibre-reinforced plastic (FRP). All three models are formulated based upon the 3D theory of elasticity. The stress model is modified from the element developed by Ramtekkar, et al. (2002) to incorporate material nonlinearity in the formulation. Both transverse stress and displacement components are used as nodal degrees-of-freedom to ensure the continuity of both stress and displacement components between the elements. The displacement model uses only displacement components as nodal degrees-of-freedom. The transition model has both stress and displacement components as nodal degrees-of-freedom on one surface, and only displacement components as nodal degrees-of-freedom on the opposite surface. The transition model serves as a connector between the stress and the displacement models. The developed models are validated by comparing the results of the analyses with an existing experimental result. Parametric studies of the effects of the externally reinforced FRP on the load capacity of reinforced concrete (RC) beams and concrete plates are performed to demonstrate the practicality and the efficiency of the proposed models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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