The ocean wave is hydrodynamically investigated to get more reliable solution. To improve the computational accuracy more fine grids are used with relatively less computer storage on the free surface. One element of the free surface is discretized into more fine grids because the free-surface waves are much affected by the grid size in the finite difference scheme. Here the multi-grid method is applied to confirm the efficiency for the S103 ship model by solving the Navier-Stokes equation for the turbulent flows. According to the computational result approximately 30% can be improved in the free surface generation, Finally the limiting streamlines show numerical result is similar to the experiment by twin tuft.
Navier-Stokes computation based on a new simplified model is proposed to investigate the interactions of a moving shock wave with multiple vortices arranged in the serial manner. This model problem simulates shock-vortexlet interactions at the shear layer of a compressible vortex often observed in the experiment. Applying the Foppl's idea, we extended the Rankin's model generally used for the description of a single vortex to the multi-vortex version. The acoustic pulses accelerated and decelerated are successively generated and propagated from each shock-vortex interaction, which simply explains the genesis of eccentrically diverging acoustic waves appearing in the experimental photograph.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.8
s.239
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pp.921-926
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2005
In the idealized model problem of the interaction between a planar travelling shock and a symmetric vortex, the physics of shock distortion and quadrupole sound generation are well known to many researchers. However, the authors have distinguished the weak waves reflected and transmitted by the complicated photograph images obtained from a shock tube experiment. In this paper, we introduces a parametric study based on Navier-Stokes simulation and Rankin vortex model to see the difference of shock deformation shapes. Four combination of the strength of shock and vortex are respectively selected from a parameter plane of shock and vortex strength extended to the strong vortex region. The result shows clearly discernable wave morphology for the main parameters, which is not yet explicitly mentioned by other researchers.
The aerodynamic effects of a 3-dimensional Wing in Ground Effect (WIG) which moves above the free surface has been numerically investigated via finite difference techniques. The air flow field around a WIG is analyzed by a Marker & Cell (MAC) based method, and the interactions between WIG and the free surface are studied by the pressure distributions on the free surface. Waves are generated by the surface pressure distribution, and a Navier-Stokes solver has been employed, to include the nonlinearities in the free surface conditions. The pressure values Cp and lift/drag ratio are reviewed by changing the height/chord ratio. In the present computations a NACA0012 airfoil with a span/chord ratio of 3.0 are treated. Through computational results, it is confirmed that the free surface can be treated as a rigid wavy wall.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.883-898
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2019
This paper employs computational tools to predict power increase (or speed loss) and propulsion performances in waves of KVLCC2. Two-phase unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations have been solved using finite volume method; and a realizable k-ε model has been applied for the turbulent closure. The free-surface is obtained by solving a VOF equation. Sliding mesh method is applied to simulate the flow around an operating propeller. Towing and self-propulsion computations in calm water are carried out to obtain the towing force, propeller rotating speed, thrust and torque at the self-propulsion point. Towing computations in waves are performed to obtain the added resistance. The regular short head waves of λ/LPP = 0.6 with 4 wave steepness of H/λ = 0.007, 0.017, 0.023 and 0.033 are taken into account. Four methods to predict speed-power relationship in waves are discussed; Taylor expansion, direct powering, load variation, resistance and thrust identity methods. In the load variation method, the revised ITTC-78 method based on the 'thrust identity' is utilized to predict propulsive performances in full scale. The propulsion performances in waves including propeller rotating speed, thrust, torque, thrust deduction and wake fraction, propeller advance coefficient, hull, propeller open water, relative rotative and propulsive efficiencies, and delivered power are investigated.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.22
no.6
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pp.374-386
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2010
Recently, the theoretical and experimental research is being made actively in control character of waves of perforated-wall caisson breakwater like the slit caisson. This study showed that the character of reflection coefficient and the wave pressure acting on the front and inner of slit caisson were estimated in two and three dimensional numerical wave flume and compared each other. The numerical experiment was set and conducted by various cases as to a variety of wave steepness under 7 sec, 9 sec, 11sec and 13 sec period condition. In this study using a 2 and 3 dimensional numerical wave flume, it applied the Model for the immiscible two-phase flow based on the Naveir-Stokes Equations. This technique can easily reproduce a complicated physical phenomenon more than others and organize the program simply. According to the results of the experiment, the reflection coefficient was estimated high in short-period waves. However, 2-dimensional numerical experiment and 3-dimensional numerical experiment were the same in case of the long-period waves and high wave steepness. And to conclude in case of short-period waves the pressures were a relatively small difference between the two, but there was a big gap in longperiod waves and high wave steepness.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.1
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pp.69-84
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2020
Natural shoreline repeats its re-treatment and advance in response to the endlessly varying sea-conditions, and once severely eroded under stormy weather conditions, natural beaches are gradually recovered via a boundary layer streaming when swells are prevailing after storms cease. Our understanding of the boundary layer streaming over surf-zone often falls short despite its great engineering value, and here it should be noted that the most sediments available along the shore are supplied over the surf-zone. In this rationale, numerical simulation was implemented to investigate the hydraulic characteristics of boundary layer streaming over the surf zone in this study. In doing so, comprehensive numerical models made of Spatially filtered Navier-Stokes Eq., LES (Large Eddy Simulation), Dynamic Smagorinsky turbulence closure were used, and the effects of turbulence closure such as Dynamic Smagorinsky in LES and k-ε on the numerically simulated flow field were also investigated. Numerical results show that due to the intrinsic limits of k-ε turbulence model, numerically simulated flow velocity near the bottom based on k-ε model and wall function are over-predicted than the one using Dynamic Smagorinsky in LES. It is also shown that flow velocities near the bottom are faster than the one above the bottom which are relatively free from the presence of the bottom, complying the typical boundary layer streaming by Longuet-Higgins (1957), the spatial scope where boundary layer streaming are occurring is extended well into the surf zone as incoming waves are getting longer. These tendencies are plausible considering that it is the bottom friction that triggers a boundary layer streaming, and longer waves start to feel the bottom much faster than shorter waves.
The interaction of a travelling shock with the shear layer of a flat plate is studied computationally. The Euler and Navier-Stokes equations are solved numerically on quadrilateral unstructured adaptive grids. The flat plate is installed horizontally on the central axis of a shock tube. The shear layer is first created by two shock waves at different speeds splitted by a flat plate. A series of small vortices is developed as a consequence in the shear layer. The shock wave reflected at the end wall impinges the shear layer. The complicated shock dynamics in the evolution to the pseudo-steady state is represented with the morphological transformation of a planar shock into an oblique shock.
An Overtopping Wave Energy Convertor (OWEC) is an offshore wave energy convertor used for collecting overtopping waves and converting the water pressure head into electric power through hydro turbines installed in a vertical duct affixed to the sea bed. A numerical wave tank based on the commercial computational fluid dynamics code Fluent is established for the corresponding analysis. The Reynolds Averaged Navier-Stokes equation and two-phase VOF model are utilized to generate the 2D numerical linear propagating waves, which are validated by the overtopping experiment results. Calculations are made for several incident wave conditions and shape parameters for the overtopping device. Both the incident wave periods and heights have evident effects on the overtopping performance of the OWEC device. The computational analysis demonstrates that the present overtopping device is more compatible with longer incident wave periods.
The projectile afterbodies for zero-lift drag reduction has been analyzed using the Navier-Stokes equations with the $\kappa-\epsilon$ turbulence model. The numerical method of a second order upwind scheme has been used on unstructured adaptive meshes. Base drag reduction methods that have been found effective on axisymmetric bodies include boattailing, base bleed, base comustion, locked vortex afterbodies and multistep afterbodies. In this paper, the charateristics of turbulence flow have been studied for geomeries of multistep afterbodies. The important geometrical and flow parameters relevant to the design of such afterbodies have been identified by number, length and height of step. The flow over multistep afterbodies has been analyzed including expansion waves, recompression waves, recirculating flow, shear flow and wake flow. The numerical results have been compared and analyzed with the experimental datum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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