Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.5
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pp.400-409
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2016
In recent, shipping companies have made an enormous effort to improve the operation of vessel in various approaches, due to recession of shipping market and increasing competition among shipping companies. One of important parameters for improving the efficiency of vessel is the resistance performance that consist of friction and residual resistance. Especially, it is recognized that the friction resistance tends to be affected by conditions of vessel’s surface and occupies approximately 70~90% of the total resistance for slow speed ships. In general, the surface of vessel is covered with various type of paint to reduce fouling and corrosion. As time goes by, however, it is so hull roughness would be increased by fouling over the wetted surface that anti-fouling paints, such as CDP(Controlled Depletion Paint), Tin-Free SPC(Self Polishing Co-polymer) or Foul Release, are applied evenly on the hull surface. Nevertheless, these anti-fouling paints could not prevent fouling absolutely. A fundamental study on evaluating ship resistance performance variation due to hull roughness has been performed using a commercial software, Star-CCM+, which solves the continuity and Navier-Stokes equations for incompressible and viscous flow. The results of present simulation for plate are compared with some experimental data available and the effect of surface roughness to ship resistance performance is discussed.
Kim, Jin;Park, Il-Ryong;Kim, Kwang-Soo;Van, Suak-Ho;Kim, Yoo-Chul
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.2
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pp.147-157
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2011
A RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) based numerical method is developed for the evaluation of ship resistance and self-propulsion performances. In the usability aspect of CFD for the hull form design, the field grid around practical hull forms is generated by solving a grid Poisson equation based on the hull surface grid generated from station offsets and centerline profile. A body force technique is introduced to model the effects of the propeller in which the propeller loads are obtained from potential flow analysis using an unsteady lifting surface method. The free surface is captured by using a two-phase level-set method and the realizable $k-{\varepsilon}$ model is used for turbulence closure. The hull attitude in vertical plane, i.e., trim and sinkage, is calculated by using a quasi-steady method and then considered in the computation by translating and rotating the grid system according to the values. For the validation of the proposed method, the numerical results of resistance tests for KCS, KLNG, and KVLCC1 and of self-propulsion test for KCS are compared with experimental data.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.2
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pp.163-177
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2010
This article examines hydrodynamic characteristics and speed performances of a ship attached with a full spade and a twisted rudder based on a computational method. For this study, a 13,100 TEU container carrier is selected. The turbulent flows around a ship are analyzed by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation together with the application of Reynolds stress turbulence model. The computations are carried out at the conditions of rudder, bare hull, hull-rudder and hull-propeller-rudder. An asymmetric body-force propeller is applied. The speed performance is predicted by the model-ship performance analysis method of the revised ITTC'78 method. The hydrodynamic forces are compared in both rudder-open-water and self-propulsion conditions. The flow characteristics, the speed performance including propulsion factors and the rudder-cavitation performance are also compared. The model tests are conducted at a deep-water towing tank to validate the computational predictions. The computational predictions show that the twisted rudder is superior to the full spade rudder in the respect of the speed and the cavitation performances.
One of commonly physical phenomena encountered in pump sump systems in which its significant influence to the hydraulic performance of pump system plays an important role in the field of fluid engineering, is the appearance of free surface and submerged vortices. In this paper, a study of the vortices behavior and their formative mechanism of asymmetry is considered in this paper by using numerical approach. The Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and k-omega Shear Stress Transport turbulence model used to describe the properties of turbulent flows, in company with VOF multiphase model, are implemented by Fluent code with multi-block structured grid system. In the numerical simulation, the calculated elevation of air-water interface and vortex core contours are used to classify visually surface vortices as well as submerged vortices. It is shown that the free surface vortex is identified by the concavity of liquid region from the free surface and swirling flow at that own plane. To investigate the distinctive behavior of these vortices corresponding to each given flow rate at the same water level, some numerical testing of them are considered here in such a manner that the flow pattern of surface vortex are obtained similarly to the obtained results from experiment. Furthermore, the influence due to the change of grid refinement and the variation of depth of the concavity are also considered in this paper. From that, these influential factors will be implemented to design a good pump sump with higher performance in the future.
A multi-objective optimization of a regenerative fan for enhancing the aerodynamic and aeroacoustic performance was carried out using an integrated fan design system, namely, Total FAN-Regen$^{(R)}$. The Total FAN-Regen$^{(R)}$ was developed for non-specialists to carry out a series of design process, viz., computational preliminary design, three-dimensional aerodynamic and aeroacoustic analyses, and design optimization, for a regenerative fan. An aerodynamic analysis of the regenerative fan was conducted by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations using the shear stress transport turbulence model. And, an aeroacoustic analysis of the regenerative fan was implemented in a finite/infinite element method by solving the variational formulation of Lighthill's analogy based on the results of the unsteady flow analysis. An optimum shape obtained by Total FAN-Regen$^{(R)}$ shows the enhanced efficiency and decreased sound pressure level as much as 1.5 % and 20.0 dB, respectively, compared to those of the reference design. The performance test was carried out for an optimized regenerative fan to validate the performance of the numerically predicted optimal design.
In rivers and streams, biofilms are thin layers of greenish-brown slime attached to rocks, plants, and other surfaces. Biofilms play key roles in primary production and cycling of nutrients, water quality remediation, suspended sediment removal, and energy flow to higher trophic levels. In the present study, we developed a two-dimensional cellular automata model to simulate mixed biofilms of toxin-sensitive and toxin-producing species in hydrodynamic flow. The flow was generated by a stochastic process for uniform flow and by using the Navier-Stokes equation for non-uniform flow. Minimized local rules governing reproduction and mortality of the species were executed in the self-organizing processes to elucidate interactions between toxin-producing and toxin-sensitive species in competition over nutrients. We briefly discuss the morphology of the simulated biofilm under different flow conditions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.3
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pp.28-40
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2002
Turbulent flows around two-dimensional wing sections in ground effect are analysed by incompressible RANS equations and a finite difference method. The Baldwin-Lomax algebraic turbulence model is used to simulate high Reynolds number flows. The main purpose of this study is to clarify the two-dimensional ground effect and its flow characteristics due to different ground boundary conditions, i.e., moving and fixed bottom boundary. As a first step, to validate the present numerical code, the computational result of Clark-Y(t/C 11.7%) is compared with published numerical results and experimental data. Then, NACA4412 section in ground effect is calculated for various ground clearances with two bottom boundary conditions. According to the computational results, the difference in the lift and moment simulated with the two bottom boundary conditions is negligible, but the drag force simulated by the fixed bottom is to some extent smaller than that by the moving bottom. Therefore, it can be concluded that the drag force measured in a wind tunnel with the fixed bottom could be smaller than that with the moving bottom.
This paper aims to develop a submerged propeller turbine for micro hydropower plant which allows to sustain high values of efficiency in a broad range of hydrological conditions (H=2~6 m, $Q=0.15{\sim}0.39m^3/s$). The two aspects to be considered in this development are mechanical simplicity and high-efficiency operation. Unlike conventional turbines that have spiral casing and gear box, this is directing driving and no spiral casing. A 10 kW class turbine which has the most high potential of the power generation has been developed. The most important element in the design of turbine is the runner blade. The initial blade is designed using inverse design method and then the runner geometry is modified by classical hydraulic method. The design process is carried out in two steps. First, the blade shape is fix and then other components of submerged propeller turbine are designed. Computational fluid dynamics analyses based on the Navier-Stokes equations have been used to obtain overall performance data for the blade and the full turbine, respectively. The results generated by performance parameters(head, guide vane opening angle and rotational speed) variations are theoretically analysed. The evaluation criteria for the blade and the turbine performances are the pressure distribution and flow's behavior on the runner blades and turbine. The results of simulation reveals an efficiency of 91.5% and power generation of 10.5kW at the best efficiency point at the head of 4m and a discharge of $0.3m^3/s$.
Nam, Bo Woo;Kim, Yonghwan;Yang, Kyung Kyu;Hong, Sa Young;Sung, Hong Gun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.26
no.6
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pp.7-13
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2012
This paper presents a numerical study of the wave loads acting on offshore structures using a Cartesian-grid-based flow simulation method. Finite volume discretization with a volume-of-fluid (VOF) method is adopted to solve two-phase Navier-Stokes equations. Among the many variations of the VOF method, the CICSAM scheme is applied. The body boundary conditions are satisfied using a porosity function, and wave generation is carried out by using transient (wave or damping) zone approaches. In order to validate the present numerical method, three different basic offshore structures, including a sphere, Pinkster barge, and Wigley model, are numerically investigated. First, diffraction and radiation problems are solved using the present numerical method. The wave exciting and drift forces from the diffraction problems are compared with potential-based solutions. The added mass and wave damping forces from the radiation problems are also compared with the potential results. Next, the wave-induced motion responses of the structures are calculated and compared with the existing experimental data. The comparison results are fairly good, showing the validity of the present numerical method.
KIM, CHUL-KYU;LEE, KYOUNG-KEUN;LIM, TAE-GYUN;JANG, CHOON-MAN
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.27
no.6
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pp.764-772
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2016
This paper presents on the evaluation of numerical analysis model of a ball valve used for a gas pipeline. The ball valve has important role to control the gas flow of the pipeline as well as safety operation to prevent gas explosion at the emergency. For the validation of numerical simulation, the computational domains are introduced three different types: a hexahedron chamber connected to a pipeline outlet without considering the geometry of pressure tubes, a pipeline only considered the geometry of pressure tubes, and a pipeline connected both of the a hexahedron chamber and pressure tubes. The commercial code, SC/Tetra, is introduced to solve the three-dimensional steady-state Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis in the present study. The valve flow coefficient and valve loss coefficient with respect to the valve opening rate of 30%, 50%, and 70% are compared with experimental results. Throughout the numerical analysis for the three analysis domains, pressure computed along the pipeline is affected by computational domains. It is noted pressure obtained by the computational model considering both of the a hexahedron chamber and pressure tubes has a relatively good agreement to the experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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