International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제13권1호
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pp.65-74
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2021
A key factor that governs the wave interferences of a submerged body is the dimensionless Froude number. Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to describe the resistance force coefficients and the generated waves of two SUBOFF submarine models. Grid independence studies are performed on two cases, totally and shallowly submerged cases, with four sets of computing meshes. The highest peaks are marked by red points at given wavelengths, a line is fitted to those points with a least-squares approximation, and the half wake angle at multiple Froude numbers is defined between the fitted line and the centerline of the free surface. The results show that when the depth of the target is 1.1D, constructive interferences occur at Fn = 0.3 and 0.5, while destructive interference occurs at Fn = 0.35 with distortion of the waveform. The half wake angle is less than 19.47° because of the interference between the bow and stern wave systems.
The application of Green's function in calculation of flow characteristics around submerged and floating bodies due to a regular wave is presented. It is assumed that the fluid is homogeneous, inviscid and incompressible, the flow is irrotational and all body motions are small. Two methods based on the boundary integral equation method (BIEM) are applied to solve associated problems. The first is a low order panel method with triangular flat patches and uniform distribution of velocity potential on each panel. The second method is a high order panel method in which the kernels of the integral equations are modified to make it nonsingular and amenable to solution by the Gaussian quadrature formula. The calculations are performed on a submerged sphere and some floating spheroids of different aspect ratios. The excellent level of agreement with the analytical solutions shows that the second method is more accurate and reliable.
A new method is proposed for the isolation of resonances from scattered waves for the isolaton of resonances from scattered waves for acoustic wave resonance scattering problems. The resonance scattering function consisting purely of resonance information is defined. Acoustic wave scattering from a variety of submerged bodies is numerically analyzed. The classical resonance scattering theory (RST) and the new method compute identical magnitudes of the resonances from each partial wave, however, the phases are significantly different. The exact $\pi$-radians phase shifts through the resonance and anti-resonance frequencies show that the proposed method properly extracts the vibrational resonance information of the scatterer. Due to the differences in phases of the resonances from each partial wave, the new method and RST generate different total resonance spectra.
Sensitivity Analysis(SA) is used to predict how the model response varies according to changes in the model parameters. With SA, confidences in models which are developed to approximate certain processes and their predictions can be increased. The influences of hydrodynamic coefficients on the prediction of manoeuvrability are examined by SA of direct method. The equations of motion used are the standard equations of motion for submarine(Gertler 1967), and submerged bodies with three different appendages are considered. Through numerical simulations of three kinds of sea trials, the sensitivities of motions to hydrodynamic coefficients are found. Changes of sensitivities during trials are found to be highly dependent on the actuator scenarios and geometry of submerged body.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권5호
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pp.573-580
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2002
Animation and time-resolved analysis of the wake characteristics of 2-D bluff body flows were examinated by applying the multi-vision PIV to square cylinders(three angles of attack: $0^{circ}, 30^{circ} and 45^{\circ}$) and circular cylinders(three rotating speeds: 0rpm, 76rpm, 153rpm) submerged within a circulating water channel $(Re=10^4)$, The macroscopic shedding patterns and their dominant frequencies were discussed in terms of instantaneous velocity, vorticity and turbulent quantities such as turbulent intensity, turbulent kinetic energy and three Reynolds stresses. Particularly the time-averaged distribution of turbulent intensity 'islands' where their peak magnitudes were focused always small regions behind the bodies without noticeable spatial migration were particularly discovered in all cases. And the dominant frequencies of the turbulent quantities in the wake regions were two times larger than those of the velocity and vorticity.
This paper presents numerical results of the added mass and damping coefficients of vertical axisymmetric bodies on or under the free surface. Also computed are the excitation forces on these bodies due to an incident regular wave system. The numerical scheme employs a localized finite-element method, which is based on the theory of the calculus of variations. The excitation forces and moments on a submerged half-spheroid lying on the bottom are computed and compared with the results obtained by others. he agreement is good. Several specific types of floating vertical axisymmetric platforms are considered for ten different wave lengths, in connection with the design of an ocean-thermal-energy converter platform. The added mass and damping coefficient, as well as the excitations, are presented. It is shown that simple strip theory gives a good approximation of the sway(and pitch) added mass for a disc platform having a long circular cylinder.
In practice, cavitation phenomena occur in unbounded flows. However, the wall effect is unavoidable during experiments at a closed section such as a cavitation tunnel. Especially, supercavity generated behind a cavitator is relatively large and thick, so that geometric and dynamic characteristics of the cavity are affected by the tunnel wall. In order to apply experimental results into the unbounded flow field, physical correlations are necessary. In this paper, we proposed an image method based on a potential flow to simulate the wall effect. Considering two-dimensional wedge-shaped bodies, configurations and drag characteristics of the cavity were examined according to the distance ratio to the wall surface. The results were compared and verified with existing theoretical and experimental results.
VOF법은 유체 체적 비율을 통해 밀도가 다른 두 유체를 한꺼번에 계산할 수 있는 수치해석 기법이다. 상용 CFD프로그램의 VOF옵션을 이용하여 자유수면 부근에서 정속으로 움직이는 물체 주위의 수치해석을 시도하였다. 검증 대상으로는 물 속에 잠겨있는 2차원 날개, 자유수면을 수직으로 관통하는 3원 날개, 그리고 컨테이너 선형이 사용되었다. 검증 결과 정도의 차이는 있지만 상용 코오드의 범용성을 어느 정도 확인할 수 있었고 자유수면 유동장을 모사하는데 VOF법이 무난히 활용될 수 있음을 알 수 있었다.
Poisson[1], Ogilvie[2], Dawson[3] 등에 의해 사용된 자유표면에서의 경계조건을 2차원 몰수체를 대상으로 택하여 동일한 패널법을 이용, 비교검토하였다. 또한 Poisson 경계조건을 사용하여 몰수된 구와 Wigley 선형에 대해 구한 결과도 나타내었다. 결론적으로 검토된 경계조건들보다는 더 정확한 결과를 줄 수 있고, 또 엄밀한 비선형 경계조건 보다는 보다 실용성있는 경계조건을 새로이 유도할 필요가 있는 것으로 생각된다.
The numerical methodology for computing tile impact forces and water entry behaviors of high speed water entry bodies was been developed. Since the present method assumed the impact occurs within a very short time interval. the viscous effects do not have enough time to play a significant role in the impact forces, that is, the flow around a water-entry object was assumed as an incompressible potential flow and is solved by the source panel method. The elements fully submerged into the water are routinely treated, but the elements intersected by the effective planar free surface are redefined and reorganized to be amenable to the source panel method. To validate the present code, it was applied to disk, cone and ogive model and compared with experimental data. Good agreement was obtained. The water entry behavior such as the bouncing phenomena from the free surface was also simulated using the impact forces and two degree of freedom dynamic equation. Physically acceptable results were obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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