The interaction between advancing ships and the waves generated by them plays important roles in wave resistances and ship motions. Wave breaking phenomena near the ship bow at different speeds are investigated both numerically and experimentally. Numerical simulations of free surface profiles near the fore bodies of ships are performed and visualized to grasp the general trend or the mechanism of wave breaking phenomena from moderate waves rather than concentrating on local chaotic irregularities as ship speeds increase. Navier-Stokes equations are differentiated based on the finite difference method. The Marker and Cell (MAC) Method and Marker-Density Method are employed, and they are compared for the description of free surface conditions associated with the governing equations. Extra effort has been directed toward the realization of extremely complex free surface conditions at wave breaking. For this purpose, the air-water interface is treated with marker density, which is used for two layer flows of fluids with different properties. Adaptation schemes and refinement of the numerical grid system are also used at local complex flows to improve the accuracy of the solutions. In addition to numerical simulations, various model tests are performed in a ship model towing tank. The results are compared with numerical calculations for verification and for realizing better, more efficient research performance. It is expected that the present research results regarding wave breaking and the geometry of the fore body of ship will facilitate better hull form design productivity at the preliminary ship design stage, especially in the case of small and fast ship design. Also, the obtained knowledge on the impact due to the interaction of breaking waves and an advancing hull surface is expected to be applicable to investigation of the ship bow slamming problem as a specific application.
Stimulated polariton scattering (SPS) from the $A_1$ transverse optical (TO) modes of $BaTiO_3$ bulk crystal generating a terahertz (THz) wave with the noncollinear phase-matching (NPM) condition is theoretically investigated. To our best knowledge, this is the first report on THz wave generation from $BaTiO_3$ bulk crystal via SPS. Phase-matching (PM) characteristics in the NPM configuration are analyzed. Effective parametric gain lengths for the Stokes and THz waves in the NPM configuration are calculated. The effective parametric gain coefficient and absorption coefficient of the THz wave in $BaTiO_3$ are theoretically simulated. The THz phonon flux densities generated via SPS in $BaTiO_3$ are theoretically calculated by solving the coupled wave equations under the NPM condition. The PM characteristics and THz-wave parametric gain characteristics in $BaTiO_3$ are compared to those in $MgO:LiNbO_3$. The results of the analysis indicate that $BaTiO_3$ is an attractive optical crystal for efficient THz wave generation via SPS.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.4
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pp.1-10
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1998
This paper presents a vorticity-based numerical method for analyzing an incompressible Newtonian viscous flow around an impulsively started cylinder. The Navier-Stockes equations have a natural Helmholtz decomposition. The vorticity transport equation and the pressure equation are derived from this decoupled form. The associated boundary conditions are dynamic for the vorticity and pressure variables representing the coupling relation between them and the force balance on the wall. The various numerical treatments for solving the governing equations are introduced. According to Wu et al.(1994), the boundary conditions are decoupled, keeping the dynamic relation between vorticity and pressure. The vorticity transport equation is formulated by FVM and TVD(Total Variation Diminishing) scheme is used for the convection term. An integral approach similar to the panel method is used to obtain the velocity field for a given vorticity field and the pressure field, instead of the conventional differential approaches. In the numerical process, the structured grid is generated. The results are compared to existing numerical and analytic results for the validity of the present method.
Pseudo-first-order rate constants ($k_{obsd}$) have been measured spectrophotometrically for the nucleophilic substitution reactions of 2-pyridyl thionobenzoate (5b) with alkali-metal ethoxides (EtOM, $M^+=Li^+$, $Na^+$, $K^+$, and 18-crown-6-ether complexed $K^+$) in anhydrous ethanol at $25.0{\pm}0.1^{\circ}C$. The plots of $k_{obsd}$ vs. $[EtOM]_o$ curve upward regardless of the nature of the $M^+$ ions, while those of $k_{obsd}/[EtO^-]_{eq}$ vs. $[EtO^-]_{eq}$ are linear with a positive intercept. Dissection of $k_{obsd}$ into $k_{EtO^-}$ and $k_{EtOM}$ (i.e., the second-order rate constants for the reactions with the dissociated $EtO^-$ and ion-paired EtOM, respectively) has revealed that the ion-paired EtOM is more reactive than the dissociated $EtO^-$, and $M^+$ ions catalyze the reactions in the order $K^+$ < $Na^+$ < $Li^+$ < 18C6-complexed $K^+$. The plot of log $k_{EtOM}$ vs. $1/r_{Stokes}$ results in an excellent linear correlation, indicating that the reactions are catalyzed by the solvated $M^+$ ions but not by the bare $M^+$ ions. The reactions of 5b with EtOM have been concluded to proceed through a six-membered cyclic TS, in which the solvated $M^+$ ions increase the electrophilicity of the reaction center and the nucleofugality of the leaving group.
An improved method for the preparation of monomethine cyanine dyes with quinoline nucleus by one-pot three-component using 1-methyl-2-quinolinethione, quaternized 2- or 4-methylheterocyclic compounds and methyl p-toluenesulfonate as starting materials was described. Compared with the traditional methods, the new synthetic method reduced the reaction steps, shortened the reaction time, avoided the separation and purification of the intermediate and reduced cost. The dyes absorbed in the region 478.0-563.0 nm and had molar extinction coefficients of $1.3{\times}10^4-9.4 {\times}10^4L\;mol^{-1}\;cm^{-1}$. Their fluorescence maxima and Stokes shifts were in the range of 525.2-594.4 nm and 16.2-80.6 nm in different solvents, respectively. From the spectral properties of the dyes in different solvents, it could be found that the ${\lambda}_{max}$ of the dyes were shorter in protonic solvents, and showed hypsochromic shifts with the increase of polarity of the solvents.
Fusina, Giovanni;Sislian, Jean P.;Schwientek, Alexander O.;Parent, Bernard
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.671-686
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2004
The shock-induced combustion ramjet (shcramjet) is a hypersonic airbreathing propulsion concept which over-comes the drawbacks of the long, massive combustors present in the scramjet by using a standing oblique detonation wave (a coupled shock-combustion front) as a means of nearly instantaneous heat addition. A novel shcramjet combustor design that makes use of wedge-shaped flameholders to avoid detonation wave-wall interactions is proposed and analyzed with computational fluid dynamics (CFD) simulations in this study. The laminar, two-dimensional Navier-Stokes equations coupled with a non-equilibrium hydrogen-air combustion model based on chemical kinetics are used to represent the physical system. The equations are solved with the WARP (window-allocatable resolver for propulsion) CFD code (see: Parent, B. and Sislian, J. P., “The Use of Domain Decomposition in Accelerating the Convergence of Quasihyperbolic Systems”, J. of Comp. Physics, Vol. 179, No. 1,2002, pages 140-169). The solver was validated with experimental results found in the literature. A series of steady-state numerical simulations was conducted using WARP and it was deter-mined by means of thrust potential calculations that this combustor design is a viable one for shcramjet propulsion: assuming a shcramjet flight Mach number of twelve at an altitude of 36,000 m, the geometrical dimensions used for the combustor give rise to an operational range for combustor inlet Mach numbers between six and eight. Different shcramjet flight Mach numbers would require different combustor dimensions and hence a variable geometry system in or-der to be viable.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.6
no.2
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pp.1-7
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2002
In the modern propulsion systems, requited thrust is obtained using a nozzle. Sometimes shock and induced boundary layer separation is generated in an over-expanded convergent-divergent supersonic nozzle. It occurs because the nozzle expansion ratio is too large for a given nozzle pressure ratio (NPR). This phenomenon can be explained that it redefines effective nozzle geometry, shorer nozzle geometry and lower pressure ratio, in a given pressure ratio. Numerical studies were conducted about a fixed geometry 2D nozzle in overexpanded condition and compared with Hunter's experimental result. For the numerical simulation of the supersonic nozzle, Navier-Stokes equations are considered and as a turbulent model, $\kappa$-$\varepsilon$ /$\kappa$-$\omega$ blended SST two equation turbulent model is used. The characteristics of $\lambda$-shape shock systems due to the interaction of shock and boundary layer was investigated in a low NPR. And the result of comparison of thrust value shows that a fixed geometry nozzle can cover required flight mission.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1998.04a
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pp.10-10
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1998
본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기 중에 부유되어 있는 입자 또는 연소 생성물들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 및 터빈 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 확산 지역을 통과하는 항공기나 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각 통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어진다. 특히 항공기용 추진 기관은 엔진 입구에 유입 공기를 정화하기 위한 여과장치의 설치가 불가능하며, 자동차용 가스터빈 엔진의 경우는 여과 장치를 부착하여도 미세한 입자들이 여과 장치에 여과되지 않고 엔진 내부로 침투하게 되므로 치명적인 손상이 예상된다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Lagangian방법을 적용하여 압축기 날개위의 부유 입자 충돌 부위를 예측하고, 설계 시 이를 보완할 수 있는 기준을 제시하였다. 아울러 설계 입구각과 크게 벗어난 유동의 유입시에 발생되는 박리 현상과 이에 따른 입자의 유동 및 날개의 입자 접착 부위를 예측하였다. 본 연구에서는 여러 크기의 입자(다양한 Stokes 수)들을 주어진 속도에서 유선을 따라 압축기 입구에서 압축기 유로로 여러 위치에서 부유 시켜서 그 입자들의 궤적 및 충돌, 점착 위지를 고찰하고, 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 알아보았다. 이러한 예측을 통하여 압축기 날개 표면의 충돌 부위를 예측하고, 날개의 표면을 코팅하는 등 보호 개선책을 제시할 수 있고, 연소의 반응물 입자가 터빈 날개에 충돌하여 발생되는 날개 표면의 파손, 냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.
Park, Ung-Sik;Yoo, Neung-Soo;Kim, Jin-Han;Kim, Kwan-Soo;Min, Deok-Ho;Lee, Sang-Woo;Paek, In-Su;Kim, Hyun-Goo
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.35
no.2
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pp.1-10
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2015
Promising onshore wind farm sites in Gangwon province of Korea were investigated in this study. Gangwon province was divided into twenty five simulation regions and a commercial program based on Reynolds averaged Navier-Stokes equation was used to find out wind resource maps of the regions. The national wind atlas with a period 2007-2009 developed by Korea institute of energy research was used as climatologies. The wind resource maps were combined to construct a wind resource map of Gangwon province with a horizontal spatial resolution of 100m. In addition to the wind resource, national environmental zoning map, distance from substation, residence and automobile road, Beakdudaegan mountain range, terrain slope, airport and military reservation district were considered to find out promising wind farm sites. A commercial wind farm design program was used to find out developable wind farm capacities in promising wind farm site with and without excluding environmental protection regions. The total wind farm capacities with and without excluding the protection regions were estimated to be 46MW and 598MW, respectively, when a 2MW commercial wind turbine was employed.
KIM, CHUL-KYU;LEE, SANG-MOON;JEON, SEOK-YUN;YOON, JOON-YONG;JANG, CHOON-MAN
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.27
no.5
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pp.547-553
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2016
This paper presents the effect of a grid system on the performance of a small Savonius wind turbine installed side-by-side. Turbine performance is compared using three different grid systems; tetrahedral grid having a concentrated circular grid around turbine rotors, the tetrahedral grid having a concentrated rectangular grid around turbine rotors and the symmetric grid having a concentrated tetrahedral grid near the turbine rotor blades and a hexahedral grid. The commercial code, SC/Tetra has been used to solve the three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis in the present study. The Savonius turbine rotor has a rotational diameter of 0.226m and an aspect ratio of 1.0. The distance between neighboring rotor tips keeps the same length of the rotor diameter. The variations of pressure and power coefficient are compared with respect to blade rotational angles and rotating frequencies of the turbine blade. Throughout the comparisons of three grid systems, it is noted that the symmetric grid having a concentrated tetrahedral grid near the turbine rotor blades and a hexahedral grid has a stable performance compared to the other ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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