In this study, the nominal wake field of a semi-displacement type high-speed vessel was computed at full scale by using CFD (Computational Fluid Dynamics) and GEOSIM-based approaches. A scale effect investigation on nominal wake field of benchmark Athena vessel was performed with two models which have different model lengths. The members of the model family have the same Fr number but different Re numbers. The spatial components of nominal wake field have been analyzed by considering the axial, radial and tangential velocities for models at different scales. A linear feature has been found for radial and tangential components while a nonlinear change has been obtained for axial velocity. Taylor wake fraction formulation was also computed by using the axial wake velocities and an extrapolation technique was carried out to get the nonlinear fit of nominal wake fraction. This provides not only to observe the change of nominal wake fraction versus scale ratios but also to estimate accurately the wake fraction at full-scale. Extrapolated full-scale nominal wake fractions by GEOSIM-based approach were compared with the full-scale CFD result, and a very good agreement was achieved. It can be noted that the GEOSIM-based extrapolation method can be applied for estimation of the nominal wake fraction of semi-displacement type high-speed vessels.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.17
no.2
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pp.154-159
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2007
Wake distribution data of stem flow fields have been accumulated systematically by model tests. If the correlation between geometrical hull information and wake distribution is grasped through the accumulated data, this correlation can be helpful to designing similar ships. In this paper, Neuro-Fuzzy system that is emerging as a new knowledge over a wide range of fields nowadays is tried to estimate the wake distribution on the propeller plan. Neuro-Fuzzy system is well known as one of prospective and representative analysis method for prediction, classification, diagnosis of real complicated world problem, and it is widely applied even in the engineering fields. For this study three-dimensional stern hull forms and nominal wake values from a model test ate structured as processing elements of input and output layer, respectively. The proposed method is proved as an useful technique in ship design by comparing measured wake distribution with predicted wake distribution.
The main objective of this study is to predict the wind power generation at the wind farm using various wake models. Modeling of wind farm is a prerequisite for prediction of annual energy production at the wind farm. In this study, we modeled 20 MW class Seongsan wind farm which has 10 wind turbines located at the eastern part of Jeju Island. WindSim based on the computational fluid dynamics was adopted for the estimation of power generation. The power curve and thrust coefficient with meteorology file were prepared for wind farm modelling. The meteorology file was produced based on the measured data of the Korea Wind Atlas provided by Korea Institute of Energy Research. Three types of wake models such as Jensen, Larsen, and Ishihara et al. wake models were applied to investigate the wake effects. From the result, Jensen and Ishihara wake models show nearly the same value of power generation whereas the Larsen wake model shows the largest value. New positions of wind turbines are proposed to reduce the wake loss, and to increase the annual energy production of the wind farm.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.371-379
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2000
A noise prediction method of axial flow fan is developed by incorporating through-flow method and vortex shedding noise model. Fan noise is assumed to be generated due to the pressure fluctuation induced by wake vortices of fan blades and radiate as diploe distribution. The wake vortices are analyzed by combining Karman vortex street model and through-flow analysis results, and the vortex-induced fluctuating pressure on blade surface is calculated by thin airfoil theory. The predicted sound pressure levels and directivity patterns of fan noise by the present method are favorably compared with fan noise test data. Furthermore, the present method is shown to be very useful for predicting the aero-acoustic performance map of the fan operated at off-design point.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.677-681
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2011
Characteristics of vertical and horizontal axis wind turbines are explained. The speed and direction of wind on the blade of the Darrieus type turbine changes very severely. Therefore dynamic stall happens periodically and the wake from the front blade deteriorates the performance of rear blades. Blade element momentum theory(BEMT) is widely utilized for aerodynamic design and performace prediction of horizontal axis wind turbine(HAWT). Computation analysis and wind tunnel test are also performed for the performance prediction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.6
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pp.757-770
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1998
A Navier-Stokes code with a low Reynolds number k-.epsilon. turbulence model was tested to investigate its predictability for the unsteady transitional boundary layer flow due to rotor-stator interaction. A preliminary calculation with three different numbers of time steps 300, 600, and 1000 for a rotor wake passing period was carried out to see the effects of time steps on the unsteady flow and pressure fields due to rotor-stator interaction. Numerical solutions showed that unsteady pressure was much more sensitive to the number of time steps and over 600 time steps should be used to get a numerical solution independent of the number of time steps for a rotor wake passing period. The original low Reynolds number k-.epsilon. turbulence model showed very poor prediction of the unsteady transitional boundary layer flow due to rotor-stator interaction. This was due to the excessive production of turbulent kinetic energy near the leading edge. A modification suggested by Launder was incorporated and the modified model captured well the wake induced transitional strip. Present solutions also showed improved prediction over previous Euler/boundary layer solution in terms of the onset of unsteady transition and its extent.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.1
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pp.17-27
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2017
The treatment of rotor wake has been a critical issue in the field of the rotor aerodynamics. This paper presents a new free wake model for the unsteady analysis for a wind turbine. A blade-wake-tower interaction is major source of unsteady aerodynamic loading and noise on the wind turbine. However, this interaction can not be considered in conventional free wake model. Thus, the free wake model named Finite Vortex Element (FVE hereafter) was devised in order to consider the interaction effects. In this new free wake model, the wake-tower interaction was described by dividing one vortex filament into two vortex filaments, when the vortex filament collided with a tower. Each divided vortex filaments were remodeled to make vortex ring and horseshoe vortex to satisfy Kelvin's circulation theorem and Helmholtz's vortex theorem. This model was then used to predict aerodynamic load and wake geometry for the horizontal axis wind turbine. The results of the FVE model were compared with those of the conventional free wake model and the experimental results of SNU wind tunnel test and NREL wind tunnel test under various inflow velocity and yaw condition. The result of the FVE model showed better correlation with experimental data. It was certain that the tower interaction has a strong effect on the unsteady aerodynamic load of blades. Thus, the tower interaction needs to be taken into account for the unsteady load prediction. As a result, this research shows a potential of the FVE for an efficient and versatile numerical tool for unsteady loading analysis of a wind turbine.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.3
s.108
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pp.291-297
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2006
The BVI(blade vortex interaction) noise Prediction has been one of the most challenging acoustic analyses in helicopter aeromechanical Phenomenon. It is well known high resolution airloads data with accurate tip vortex positions are necessary for the accurate prediction of this phenomenon. The truly unsteady time-marching free-wake method, which is able to capture the tip vortices instability in hover and axial flights, is expanded with the rotor flapping motion and trim routine to predict unsteady airloads in forward and descent flights. And Farassat formulation 1-A based on the FW-H equation is applied for the noise prediction considering the blade flapping motion. Main objective of this study is to validate the newly developed prediction code. To achieve the objective, the descent flight condition of AH-1 OLS(operational loads survey) configuration is analyzed using present code. The predicted sectional thrust distribution and sectional airloads time histories show the present scheme is able to capture well the unsteady airloads caused by a parallel BVI. Finally, the predicted noise data, observed in two different positions where are 3.44 times of rotor radius far from the hub center, are quite reasonable agreements with the experimental data compared to the other analysis results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.7
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pp.911-918
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1997
The turbulent viscous wake flows behind a single airfoil, two-dimensional stationary blade row and three-dimensional rotating blade row were calculated, and the numerical results were compared with experimental ones. The numerical technique was based on the SIMPLE algorithm using three turbulent closure models, standard k-.epsilon. model(WFM), low Reynolds number k-.epsilon. model(LRN) and Reynolds stress model (RSM). In the case of a single airfoil, WFM, LRN and RSM presented fairly good velocity distributions in the wake compared with experimental data. In the case of the stationary blade row, LRN and RSM presented better results than WFM for wake velocity distribution, and especially LRN showed best results among these three turbulent models. In the case of the rotating blade row, WFM and LRN showed fairly good agreement with experimental data of the three-dimensional velocity component distributions in the range from hub to mid span region. LRN was also superior to WFM in accuracy of prediction for the wake velocity distribution as same with the cases of a airfoil and the stationary blade row.
Accurate simulation of wakeshapes behind a wing is important for the performance prediction of the aircraft and the wake hazard problem in the airport. In the present study, wakeshapes behind a wing inside tunnels are simulated in regard to the development of wing-in-ground effect vehicles. A discrete vortex method with a nonplanar ground modelling is used for the simulation. It was found that the wingtip vortices move toward outboard directions when the wing is in ground effect. When the wing is placed inside tunnels, the wingtip vortices move along the tunnel wall with counter clockwise direction. As the gap between the wingtip and the tunnel decreases, the wingtip vortices move further along the tunnel wall. Both vortices from bothsides of the wing will murge, which will be studied in future using a viscous computation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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