Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.2
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pp.161-168
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2018
This paper presents the design procedure of the suction bucket used to support a subsea manifold. The soil-suction bucket interaction numerical analysis technique was verified by comparing the present results with a reference data. In order to simulate the soil-bucket interaction analyses of a subsea manifold structure, various material data such as undrained shear strength, elastic modulus, and poisson ratio of soft clay in Gulf of Mexico were collected from reference survey. We proposed vertical and horizontal design loads based on system weights and current-induced drag forces. Under the assumption that diameter of the suction bucket was 3.0 m considering real dimension of the subsea manifold frame structures, aspect ratio was decided to be 3.0 based on reference survey. The ultimate bearing load components were determined using tangent intersection method. It was proved that the two design load components were less than ultimate bearing loads.
A steady slot suction near the free-end leading edge of a finite-length square cylinder was used to control its aerodynamic forces and vortex-induced vibration (VIV). The freestream oncoming flow velocity ($U_{\infty}$) was from 3.8 m/s to 12.8 m/s. The width of the tested cylinder d = 40 mm and aspect ratio H/d = 5, where H was the height of the cylinder. The corresponding Reynolds number was from 10,400 to 35,000. The tested suction ratio Q, defined as the ratio of suction velocity ($U_s$) at the slot over the oncoming flow velocity at which the strongest VIV occurs ($U_{\nu}$), ranged from 0 to 3. It was found that the free-end slot suction can effectively attenuate the VIV of a cantilevered square cylinder. In the experiments, the RMS value of the VIV amplitude reduced quickly with Q increasing from 0 to 1, then kept approximately constant for $Q{\geq}1$. The maximum reduction of the VIV occurs at Q = 1, with the vibration amplitude reduced by 92%, relative to the uncontrolled case. Moreover, the overall fluctuation lift of the finite-length square cylinder was also suppressed with the maximum reduction of 87%, which occurred at Q = 1. It was interesting to discover that the free-end shear flow was sensitive to the slot suction near the leading edge. The turbulent kinetic energy (TKE) of the flow over the free end was the highest at Q = 1, which may result in the strongest mixing between the high momentum free-end shear flow and the near wake.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.143-149
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2008
A numerical study was performed for a vane of a compressor with a high-turning angle and meridional divergence. At first, the effect of the suction position was discussed. Then, the optimal suction position was applied to the cascades with the aspect ratio of 2.53 and 0.3, respectively, to get the knowledge of the effect of the endwall boundary layer removal on the secondary flow along the blade height. At last, using the critical principles of the three-dimensional separation, the topological structures of the flow patterns of the body surfaces and the separation configurations were discussed in detail. The results show that the largest reduction of the total loss can be achieved when the suction slot is near the suction side. The topological structure as well as the separation configuration varies due to boundary layer removal, which restrains the flow separation at the corner and delays or depresses the separation on the suction surface. Compared with the original cascade, the cascade with the endwall boundary layer removal has a higher blade loading along the most span. Furthermore the flow loss decreases and distributes uniformly along the span.
It has long been studied about the flow around bluff bodies, but the effect of aspect ratio on the sharp-edged bodies in thick turbulent boundary layers is still argued. The author investigates the flow characteristics around a series of rectangular bodies ($40^d{\times}80^w{\times}80^h$, $80^d{\times}80^w{\times}80^h$ and $160^d{\times}80^w{\times}80^h$ in mm) placed in a deep turbulent boundary layer. The study is aiming to identify the extant Reynolds number independence of the rectangular bodies and furthermore understand the surface pressure distribution around the bodies such as the suction pressure in the leading edge, when the shape of bodies is changed, responsible for producing extreme suction pressures around the bluff bodies. The experiments are carried out at three different Reynolds numbers, based on the velocity U at the body height h, of 24,000, 46,000 and 67,000, and large enough that the mean boundary layer flow is effectively Reynolds number independent. The experiment includes wind tunnel work with the velocity and surface pressure measurements. The results show that the generation of the deep turbulent boundary layer in the wind tunnel and the surface pressure around the bodies were all independent of Reynolds number and the longitudinal length, but highly dependent of the transverse width.
In this paper, the effects of parapets on the mean and fluctuating wind pressures which are acting on a flat top of a finite cylinder vertically placed on a flat plate have experimentally been investigated. The aspect ratio (AR) of cylinder is 1 and the Reynolds number (Re) based on cylinder diameter and free stream velocity is 150000. The pressure distributions on the flat top and the side wall of the finite cylinder immersed in a simulated atmospheric boundary layer have been obtained for different parapet heights. The large magnitudes of mean and minimum suction pressures occurring near the leading edge were measured for the cases with and without parapet. They shift to the further downstream on the circular top with increasing parapet height. It is seen that the parapets reduce the local high suction on the top up to 24%.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.10
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pp.267-273
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2020
Suction anchors are used for floating structures because they have advantages in installation and stability. Recently, the demand for floating structures requiring low allowable displacement has increased. Thus, it is strongly suggested that the displacement of the suction anchor be evaluated. However, conventional studies regarding suction anchors have concentrated on the capacity of the anchor, and research on the displacement of the anchor is limited. In particular, rotation is the primary behavior of a suction anchor subjected to an inclined load, and related information has been insufficient. Therefore, the main objective of this paper is to investigate the rotation behavior of a suction anchor via centrifuge model tests. The experimental parameters are the inclination of the pull-out load, anchor dimensions, and aspect ratio. The rotation values of suction anchors were compared using a series of load-rotation curves. The results show that the inclination of the load has a dominant influence on the rotation behavior of the suction anchor.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.20
no.3
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pp.1-16
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1983
In this paper a discrete-vortex-method(DVM) is presented for investigating the hydromechanics of the planar hydrofoils performing the undulatory motion which can be related to fish propulsion with carangiform mode. This is an extention of the authors previous work(1981) on the 2-dimensional hydrofoil. The applicability and accuracy of the present method are shown by means of comparing the calculated lifts and moments, and their distributions over the planforms with those in available references, for aspect ratio 1.0 and 2.0 rectangular hydrofoils and a swept-back hydrofoil of aspect ratio 2.0 from reduced frequency 0.1 to 0.5. The agreement is considered good. To assure the applicability of the DVM to the study of the propulsive performance of the oscillating planar hydrofoils, the convergence tests are performed. The mean thrust(in pure heave, this is wholly due to leading-edge suction), the mean power to maintain the motion and the hydromechanical efficiency are calculated for the rectangular hydrofoil of aspect ratio 8.0 and these are compared with the calculations by Chopra & Kambe(1977) and Lan(1979) for the same cases.
Large Eddy Simulation (LES) is used to study the effects of steady slot suction on the aerodynamic forces of and flow around a wall-mounted finite-length square cylinder. The aspect ratio H/d of the tested cylinder is 5, where H and d are the cylinder height and width, respectively. The Reynolds number based on free-stream oncoming flow velocity U∞ and d is 2.78×104. The suction slot locates near the leading edge of the free end, with a width of 0.025d and a length of 0.9d. The suction coefficient Q (= Us/U∞) is varied as Q = 0, 1 and 3, where Us is the velocity at the entrance of the suction slot. It is found that the free-end steady slot suction can effectively suppress the aerodynamic forces of the model. The maximum reduction of aerodynamic forces occurs at Q = 1, with the time-mean drag, fluctuating drag, and fluctuating lift reduced by 3.75%, 19.08%, 40.91%, respectively. For Q = 3, all aerodynamic forces are still smaller than those for Q = 0 (uncontrolled case), but obviously higher than those for Q = 1. The involved control mechanism is successfully revealed, based on the comparison of the flow around cylinder free end and the near wake for the three tested Q values.
Lee, Young Tae;Boo, Soo Ii;Lim, Hee Chang;Misutani, Kunio
Wind and Structures
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v.23
no.5
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pp.465-483
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2016
This study aims to enhance the understanding of the surface pressure distribution around rectangular bodies, by considering aspects such as the suction pressure at the leading edge on the top and side faces when the body aspect ratio and wind direction are changed. We carried out wind tunnel measurements and numerical simulations of flow around a series of rectangular bodies (a cube and two rectangular bodies) that were placed in a deep turbulent boundary layer. Based on a modern numerical platform, the Navier-Stokes equations with the typical two-equation model (i.e., the standard $k-{\varepsilon}$ model) were solved, and the results were compared with the wind tunnel measurement data. Regarding the turbulence model, the results of the $k-{\varepsilon}$ model are in overall agreement with the experimental results, including the existing data. However, because of the blockage effects in the computational domain, the pressure recovery region is underpredicted compared to the experimental data. In addition, the $k-{\varepsilon}$ model sometimes will fail to capture the exact flow features. The primary emphasis in this study is on the flow characteristics around rectangular bodies with various aspect ratios and approaching wind directions. The aspect ratio and wind direction influence the type of wake that is generated and ultimately the structural loading and pressure, and in particular, the structural excitation. The results show that the surface pressure variation is highly dependent upon the approaching wind direction, especially on the top and side faces of the cube. In addition, the transverse width has a substantial effect on the variations in surface pressure around the bodies, while the longitudinal length has less influence compared to the transverse width.
Kim, Han Ho;Hwang, Sang Dong;Cho, Hyung Hee;Cho, Jae Ho;Jeon, Seung Bae
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2001.11a
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pp.339-344
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2001
The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics in wavy ducts of primary surface heat exchanger. Experiments using a naphthalene technique are carried out to determine the local transfer characteristics for flow in the corrugated wall duct. The aspect ratios of the rectangular duct cross-section are 7.3, 4.7 and 1.8 with a corrugation angle of $145^{\circ}$. The Reynolds numbers, based on the duct hydraulic diameter, are ranged from 1000 to 5000. The local heat/mass transfer measurement is conducted in the spanwise directions. The results show that Tayler-Gortler vortices exist on the pressure surface. Flow separation on the suction surface appears at a high Reynolds number resulting in a sharp decrease in the local transfer rates, but relatively high transfer rates are obtained in the reattachment region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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