International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.1
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pp.22-37
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2016
This article investigates numerical modeling of surface piercing propeller (SPP) in unsteady open water condition using boundary element method. The home code based on BEM has been developed for the prediction of propeller performance, unsteady ventilation pattern and cross flow effect on partially submerged propellers. To achieve accurate results and correct behavior extraction of the ventilation zone, finely mesh has generated around the propeller and especially in the situation intersection of propeller with the free surface. Hydrodynamic coefficients and ventilation pattern on key blade of SPP are calculated in the different advance coefficients. The values obtained from this numerical simulation are plotted and the results are compared with experiments data and ventilation observations. The predicted ventilated open water performances of the SPP as well as ventilation pattern are in good agreement with experimental data. Finally, the results of the BEM code/experiment comparisons are discussed.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.2
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pp.138-145
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2017
The problem of non-uniform inflow exists in many practical engineering applications, such as the elbow suction pipe of waterjet pump and, the channel head of steam generator which is directly connect with reactor coolant pump. Generally, pumps are identical designs and are selected based on performance under uniform inflow with the straight pipe, but actually non-uniform suction flow is induced by upstream equipment. In this paper, CFD approach was employed to analyze unsteady hydrodynamic characteristics of reactor coolant pumps with different inflows. The Reynolds-averaged Naiver-Stokes equations with the $k-{\varepsilon}$ turbulence model were solved by the computational fluid dynamics software CFX to conduct the steady and unsteady numerical simulation. The numerical results of the straight pipe and channel head were validated with experimental data for the heads at different flow coefficients. In the nominal flow rate, the head of the pump with the channel head decreases by 1.19% when compared to the straight pipe. The complicated structure of channel head induces the inlet flow non-uniform. The non-uniformity of the inflow induces the difference of vorticity distribution at the outlet of the pump. The variation law of blade to blade velocity at different flow rate and the difference of blade to blade velocity with different inflow are researched. The effects of non-uniform inflow on radial forces are absolutely different from the uniform inflow. For the radial forces at the frequency $f_R$, the corresponding amplitude of channel head are higher than the straight pipe at $1.0{\Phi}_d$ and $1.2{\Phi}_d$ flow rates, and the corresponding amplitude of channel head are lower than the straight pipe at $0.8{\Phi}_d$ flow rates.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2003.10a
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pp.515-518
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2003
Mathematical models can be used to evaluate the effects of operational alternatives of dam on the downstream aquatic environment. An unsteady, one-dimensional water quality model, CE-QUAL-RIVI was calibrated and validated in Geum river as a sub model for the realtime water management system in the basin. The main usage of the model within the system is to predict the effects of flow regulation by Daecheong Dam on the downstream water quality. The validated model was then used to simulate dynamic water quality changes at several key stations responding to different scenarios of reservoir releases under a hypothetical spill condition. The model showed fairly good performance in the simulation of hydrodynamic and mass transport processes under highly unsteady conditions.
The main objective of this study is to investigate the turning and zig-zag maneuvering performance of the well-known naval surface combatant DTMB (David Taylor Model Basin) 5415 hull with URANS (Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) method. Numerical simulations of static drift tests have been performed by a commercial RANS solver based on a finite volume method (FVM) in an unsteady manner. The fluid flow is considered as 3-D, incompressible and fully turbulent. Hydrodynamic analyses have been carried out for a fixed Froude number 0.28. During the analyses, the free surface effects have been taken into account using VOF (Volume of Fluid) method and the hull is considered as fixed. First, the code has been validated with the available experimental data in literature. After validation, static drift, static rudder and drift and rudder tests have been simulated. The forces and moments acting on the hull have been computed with URANS approach. Numerical results have been applied to determine the hydrodynamic maneuvering coefficients, such as, velocity terms and rudder terms. The acceleration, angular velocity and cross-coupled terms have been taken from the available experimental data. A computer program has been developed to apply a fast maneuvering simulation technique. Abkowitz's non-linear mathematical model has been used to calculate the forces and moment acting on the hull during the maneuvering motion. Euler method on the other hand has been applied to solve the simultaneous differential equations. Turning and zig-zag maneuvering simulations have been carried out and the maneuvering characteristics have been determined and the numerical simulation results have been compared with the available data in literature. In addition, viscous effects have been investigated using Eulerian approach for several static drift cases.
Qiu, Chengcheng;Pan, Guang;Huang, Qiaogao;Shi, Yao
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.102-115
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2020
In this study, the SST k - ω turbulence model and the sliding mesh technology based on RANS method have been adopted to simulate the exciting force and hydrodynamic of a pump-jet propulsor in different oblique inflow angle (0°, 10°, 20°, 30°) and different advance ratio (J = 0.95, J = 1.18, J = 1.58).The fully structured grid and full channel model have been adopted to improved computational accuracy. The classical skewed marine propeller E779A with different advance ratio was carried out to verify the accuracy of the numerical simulation method. The grid independence was verified. The time-domain data of pump-jet propulsor exciting force including bearing force and fluctuating pressure in different working conditions was monitored, and then which was converted to frequency domain data by fast Fourier transform (FFT). The variation laws of bearing force and fluctuating pressure in different advance ratio and different oblique flow angle has been presented. The influence of the peak of pulsation pressure in different oblique flow angle and different advance ratio has been presented. The results show that the exciting force increases with the increase of the advance ratio, the closer which is to the rotor domain and the closer to the blades tip, the greater the variation of the pulsating pressure. At the same time, the exciting force decrease with the oblique flow angle increases. And the vertical and transverse forces will change more obviously, which is the main cause of the exciting force. In addition, the pressure distribution and the velocity distribution of rotor blades tip in different oblique flow angles has been investigated.
In this paper the attitude control system is developed for longitudinal motion of Foil-Catamaran in regular waves with all-movable foils which attached to fore and after part of the ship and verified the system by theoretical calculation and model-tests. The linearized equations of motion of the ship is employed to apply the linear control theories, the PID control and the LQR. The strip method was used to calculate hydrodynamic coefficients and wave exciting forces of the demi hull, and unsteady hydrodynamic forces of foils are considered by using the result of Wu(1972). About 40-60% of motions is reduced in experiments. The control system described in this paper is able to extended to 6-DOF motions or control in irregular wave with trivial modification. And it is applicable to hull shape development for better seakeeping performance and to determine the size and the position of hydrofoils for the attitude control.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.323-332
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2014
High-speed marine vehicles can take advantage of aerodynamically supported platforms or air wings to increase maximum speed or transportation efficiency. However, this also results in increased complexity of boat dynamics, especially in the presence of waves and wind gusts. In this study, a mathematical model based on the fully unsteady aerodynamic extreme-ground-effect theory and the hydrodynamic added-mass strip theory is applied for simulating vertical-plane motions of a tunnel hull in a disturbed environment, as well as determining its steady states in calm conditions. Calculated responses of the boat to wind gusts and surface waves are demonstrated. The present model can be used as a supplementary method for preliminary estimations of performance of aerodynamically assisted marine craft.
This paper introduces a BEM/RANS interactive scheme to predict the contra-rotating propeller (CRP) performance. In this scheme, the forward propeller and the aft propeller are handled by two separate BEM models while the interactions between them are achieved by coupling them with a RANS solver. By using the body force field and mass source field to represent the propeller in the RANS model, the number of RANS cells and the number of required RANS iterations reduce significantly. The method provides an efficient way to predict the effective wake, the steady/unsteady propeller forces, etc. The BEM/RANS interactive scheme is first applied to a CRP in both an axisymmetric manner and a non-axisymmetric manner. Results are shown in good agreement with the experimental data in moderate to high advance ratios. It is proved that the difference between the axisymmetric scheme and the non-axisymmetric scheme mainly comes from the non-axisymmetric bodies. It is also found that the error is larger at lower advance ratios. Possible explanations are given. Finally, some additional cases are tested which justifies that the non-axisymmetric BEM/RANS scheme is able to handle a podded CRP working at given inclination angles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.6
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pp.373-380
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2017
In this study, we conducted computational fluid dynamics (CFD) simulations for the unsteady hydrodynamic interaction of multiple thrusters by solving Reynolds averaged Navier-Stokes equations. A commercial CFD software, STAR-CCM+ was used for all simulations by employing a ducted thruster model with combination of a propeller and No. 19a duct. A sliding mesh technique was used to treat dynamic motion of propeller rotation and non-conformal hexahedral grid system was considered. Four different combinations in tilting and azimuth angles of the thrusters were considered to investigate the effects on the propulsion performance. We could find that thruster-hull and thruster-thruster interactions has significant effect on propulsion performance and further study will be required for the optimal configurations with the best tilting and relative azimuth angle between thrusters.
Park, Hyun-Jung;Kim, Ki-Sup;Suh, Sung_Bu;Park, Ill-Ryong
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.4
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pp.266-274
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2016
Many researchers have been trying to improve the propulsion efficiency of a propeller. In this study, the numerical analysis is carried out for the POW(Propeller Open Water test) performance of a propeller equipped with an energy saving device called PHVC(Propeller Hub Vortex Control). PHVC is aimed to control the propeller hub vortex behind the propeller so that the rotational kinetic energy loss can be reduced. The unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes(URANS) equations are assumed as the governing flow equations and are solved by using a commercial CFD(Computational Fluid Dynamics) software, where SST k-ω model is selected for turbulence closure. The computed characteristic values, thrust, torque and propulsion efficiency coefficients for the target propeller with and without PHVC and the local flows in the propeller wake region are validated by the model test results of KRISO LCT(Large Cavitation Tunnel). It is concluded from the present numerical results that CFD can be a good promising method in the assessment of the hydrodynamic performance of PHVC in the design stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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