International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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제4권1호
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pp.1-9
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2001
An oscillating body motion with extremely large amplitude has been studied using the viscous flow solver. Time simulations of oscillating ship hull in prescribed heave and roll motions are presented using RANS method with FAM approach (Chen, 1995). For viscous flows, laminar flow and turbulent flow with $textsc{k}$-$\varepsilon$ model are considered and compared. The viscous flow solver of RANS method is performed together with a Chimera type of multi-block grid system to demonstrate the advantage of accurate and efficient zonal approach. In the present study, effects of viscosity and oscillation degree are discussed using Re=1000 and Re=1000000. Large motion of oscillating body shows clear vortex propagation that is not possible for inviscid flow to present.
This paper introduces a BEM/RANS interactive scheme to predict the contra-rotating propeller (CRP) performance. In this scheme, the forward propeller and the aft propeller are handled by two separate BEM models while the interactions between them are achieved by coupling them with a RANS solver. By using the body force field and mass source field to represent the propeller in the RANS model, the number of RANS cells and the number of required RANS iterations reduce significantly. The method provides an efficient way to predict the effective wake, the steady/unsteady propeller forces, etc. The BEM/RANS interactive scheme is first applied to a CRP in both an axisymmetric manner and a non-axisymmetric manner. Results are shown in good agreement with the experimental data in moderate to high advance ratios. It is proved that the difference between the axisymmetric scheme and the non-axisymmetric scheme mainly comes from the non-axisymmetric bodies. It is also found that the error is larger at lower advance ratios. Possible explanations are given. Finally, some additional cases are tested which justifies that the non-axisymmetric BEM/RANS scheme is able to handle a podded CRP working at given inclination angles.
Despite the high cost of memory and CPU time required to resolve the boundary layer, a viscous unstructured grid solver has many advantages over a structured grid solver such as the convenience in automated grid generation and vortex capturing by solution adaption. In present study, an unstructured Cartesian grid solver is developed on the basis of the existing Euler solver, NASCART-GT. Instead of cut-cell approach, immersed boundary approach is applied with ghost cell boundary condition, which can be easily applied to a moving grid solver. The standard $k-{\varepsilon}$ model by Launder and Spalding is employed for the turbulence modeling, and a new wall function approach is devised for the unstructured Cartesian grid solver. Developed approach is validated and the efficiency of the developed boundary condition is tested in 2-D flow field around a flat plate, NACA0012 airfoil, and axisymmetric hemispheroid.
LDV measurements in large cavitation tunnel around a propeller in operation are carried out to provide valuable information for more accurate wake-adapted propeller design and to study hull-propeller interactions. Effective velocities are computed by both the simplified vortex ring method and by RANS solver with the body force representing the propeller load. The former method uses the nominal velocities measured at the propeller plane as an input data of the numerical method and shows a better agreement with experimental data. The latter shows the qualitative agreement and may be used as an alternative design tools in the preliminary design stage.
Nguyen, Tien Thua;Yoon, Hyeon Kyu;Park, Youngbum;Park, Chanju
한국해양공학회지
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제32권5호
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pp.386-392
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2018
It is necessary to predict hydrodynamic derivatives when assessing the maneuverability of a submarine. The force and moment acting on the vehicle may affect its motion in various modes. Conventionally, the derivatives are determined by performing captive model tests in a towing tank or applying a system identification method to the free running model test. However, a computational fluid dynamics (CFD) method has also become a possible tool to predict the hydrodynamics. In this study, virtual captive model tests for a full-scale submarine were conducted by utilizing a Reynolds-averaged Navier-Stokes solver in ANSYS FLUENT version 18.2. The simulations were carried out at design speed for various modes of motion such as straight forward, drift, angle of attack, deflection of the rudder, circular, and combined motion. The hydrodynamic force and moment acting on the submarine appended rudders and stern stabilizers were then obtained. Finally, hydrodynamic derivatives were determined, and these could be used for evaluating the maneuvering characteristics of the submarine in a further study.
사항상태의 선박 주위의 점성유동 계산을 위하여 RANS 방정식에 대한 수치계산법을 개발하였다. 수치계산법은 이산화방법으로 유한체적법에 기초하여, 비점성 대류항에 대하여는 3차 정도의 flux-difference splitting 방법을 사용하고 시간 적분은 Euler 음해법을 사용하였다. 난류모형으로는 Spalart-Allmaras one-equation 모형을 사용하였다. 개발된 수치계산법을 이용하여 선수형상은 같으나 선미형상이 다른 두 VLCC 선형에 대한 조종유체력 및 유동 특성을 계산하고 이를 실험결과와 함께 비교하고 살펴보았다. 계산결과는 구속모형시험과 국부유동계측으로부터 얻은 유체력 및 유동을 잘 예측하고 있을 뿐 아니라 선미형상 차이에서 나타나는 유체력 및 유동특성의 차이도 잘 보여주었다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권2호
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pp.418-430
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2014
In this paper, a modelling technique for simulating self-propelled ships in waves is presented. The flow is modelled using a RANS solver coupled with an actuator disk model for the propeller. The motion of the ship is taken into consideration in the definition of the actuator disk region as well as the advance ratio of the propeller. The RPM of the propeller is controlled using a PID-controller with constraints added on the maximum permissible RPM increase rate. Results are presented for a freely surging model in regular waves with different constraints put on the PID-controller. The described method shows promising results and allows for the studying of several factors relating to self-propulsion. However, more validation data is needed to judge the accuracy of the model.
Large eddy simulation{LES) methodology used to model a bluff-body stabilized non-reacting flow. The LES solver was implemented on parallel computer consisting 16 processors. To verify the capability of LES code, the results was compared with that of Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) using $k-{\epsilon}$ model as well as experimental data. The results showed that the LES and RANS qualitatively well predicted the experimental results, such as mean axial, radial velocities and turbulent kinetic energy. However, in the quantitative analysis, the LES showed a better prediction performance than RANS. Specially, the LES well described characteristics of the recirculation zones, such as air stagnation point and jet stagnation point. Finally, the unsteady phenomena on the Bluff-body, such as the transition of recirculation region and vorticity, was examined with LES methodology.
Large eddy simulation(LES) methodology used to model isothermal non-swirling and swirling flows in a model gas turbine combustor. The LES solver was implemented on parallel computer consisting 16 processors. To verify the capability of LES code and characterize swirling flow, the results was compared with that of Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) using k -$\epsilon$ model as well as experimental data. The results showed that the LES and RANS well predicted the mean velocity field of a non-swirling flow. Specially, the LES showed a very excellent prediction performance for the corner recirculation zone. In swirling flow, comparing with the results obtained by RANS, LES showed a better performance in predicting the mean axial and azimuthal velocities, and the central recirculation zone. Finally, unsteady phenomena of turbulent flow was examined with LES methodology.
다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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