The present study deals with the hydroelastic vibration analysis of structures in contact with fluid via coupled fluid-structure interaction (FSI) embedded with a finite element method (FEM) such that a structure displacement formulation is coupled with a fluid pressure-displacement formulation. For the preliminary study and validation of FEM based coupled FSI analysis, hydroelastic vibration characteristics of a rectangular plate in contact with fluid are first compared with the elastic vibration in terms of boundary condition and mode frequency. Numerical results from coupled FSI analysis have been shown to be rational and accurate, compared to energy method based theoretical solutions and experimental results. The effect of free surface on the vibration mode is numerically studied by changing the submerged depth of a rectangular plate. As a practical application, the hull structural vibration of 4,000 twenty-foot equivalent units (TEU) container ship is considered. Hydroelastic results of the ship hull structure are compared with those obtained from the elastic condition.
We present numerical and experimental results of periodic flows inside a rectangular container under a background rotation. The periodic flows are generated by changing the speed of rotation periodically so that a time-periodic body forces produce the unsteady flows. In numerical computation, a parallel-computation technique with MPI is implemented. Flow visualization and PIV measurement are also performed to obtain velocity fields at the free surface. Through a series of numerical and experimental works, we aim to clarify, if any, the fundamental reasons \ulcornerf discrepancy between the two-dimensional computation and the experimental measurement, which was detected in the previous study for the same flow model. Specifically, we check if the various assumptions prerequisite for the validity of the classical Ekman pumping law are satisfied for periodic flows under a background rotation.
Analysis of two-dimensional secondary flows given by an oscillatory motion of a liquid with a free surface in a rectangular container subject to a linear reciprocating force is performed by numerical and experimental methods. FVM is used for the numerical computation of the two-dimensional flows. We considered the effects of the free-surface properties such as the surface tension and the dilatational viscosity. The boundary-layer analysis as well as an experiment is used in establishing the free surface properties. The secondary flow patterns are visualized by a laser sheet. It is shown that the secondary flow patterns predicted by the numerical methods are in good agreement with the experimental results.
A study on the sloshing flow of highly-viscous fluid in a rectangular box was made by both of theoretical approach and experimental visualization method. Assuming a smallness of external forcing to oscillate the container, it was investigated a linear sloshing flow of highly-viscous fluid utilizing asymptotic analysis by Taylor-series expansion as a small parameter Re (≪1) in which Re denotes Reynolds number. The theory predict that, during all cycles of sloshing, a linear shape of free surface will prevail in a bulk zone and it has confirmed in experiment. The relevance of perfect slip boundary condition, adopted in theoretical approach, to the bulk zone flow at the container wall was tested in experiment. It is found that quasi-steady coated thin film, which makes a lubricant layer between bulk flow and solid wall, is generated on the wall and the film makes a role to perfect slip boundary condition.
In this study, spin-up flows in a rectangular container are analysed both numerically and experimentally. In the numerical computation, we use two Ekman pumping models, the classical leading order and the first order. We also compared our results with those obtained for the case without a pumping model. Effect of two parameters, Reynolds number and the Rossby number on the flow evolution is studied. The first order and the leading order Ekman pumping models are in good agreement with the experimental result compared with the non-Ekman pumping model. Attention is given to the merging of two cyclonic vortices.
본 연구에서는 사각용기 내에서의 자유표면을 갖는 2차원 슬로싱 문제에 대하여 고찰하였다. 용기 내부의 유동은 수평방향의 조화운동을 통해 형성되며, 외부 가진 속도는 u=Asin($2{\pi}ft$)으로 정의 된다. 여기서 u, A�� 그리고 f는 외부로부터 작용하는 가진 속도, 변위 그리고 주파수를 각각 나타낸다. 큰 변위(A~O(1)) 슬로싱 문제의 해석을 위한 실험설비를 구축하였으며, 광범위한 영역에서의 PIV실험을 수행하였다. 실험을 통해 자유표면의 움직임(motion)을 각각 서로 다른 물리적 특성을 갖는 세 가지; 선형 슬로싱의 자유표면의 움직임과 유사한 standing wave motion, 사각용기의 속도가 0을 지나는 순간(the moment of turn-over) 측벽에서 발생하는 run-up motion 그리고 측벽으로부터 내부유체로 점차적으로 전파되는 bore motion으로 분류하였다.
Spin-up is a transient flow phenomenon occurring in a container when it starts to rotate from rest or its rotational speed increases from a low to high value. However, most studies on this subject have been for two-dimensional approximation. In this study, spin-up flows in a shallow rectangular container are analysed by using three-dimensional computation. We compared our results with those obtained by others using basically two-dimensional computation. Effect of two parameters, Reynolds number and liquid depth on the flow evolution is studied. We found that 2-D result is not accurate enough, and the vertical velocity distribution should be assumed of a fourth-order polynomial function for a better comparison.
액체가 부분적으로 채워져 있는 용기에서 발생하는 슬로싱 현상을 이해하고 이를 효과적으로 제어하는 것은 매우 중요하다. 선행 연구들이 대부분 사인파형(sinusoidal) 가진에 의한 슬로싱 및 공진 현상에 관심을 가진 반면, 본 연구에서는 산업 현장에서 액체 용기를 빠르게 이송시킬 때 발생하는 슬로싱을 이해하고 억제하고자 하였다. 즉, 사각 용기를 수평방향으로 빠르게 이송시킬 때 발생하는 2상 유동을 수치해석으로 구한 후, 용기의 속도 프로파일(특히 가속 및 감속 시간)이 슬로싱에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 용기의 가감속 시간이 1차 모드 고유주기의 정수배가 될 때 슬로싱이 상당히 억제되는 것을 관찰하였고, 이는 슬로싱 억제 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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