International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권3호
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pp.282-291
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2017
The main aim of this study is to investigate the effect of berm breakwater on wave run-up. A total of 200 numerical analysis tests have been carried out in this paper to investigate the effect of berm width, wave height, and wave period on the wave run-up, using an integrating technique of Computer-Aided Design (CAD) and Computational Fluid Dynamics (CFD). Direct application of Navier Stokes equations within the berm width has been used to provide a more reliable approach for studying the wave run-up over berm breakwaters. A well tested Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) code with the Volume of Fluid (VOF) scheme was adopted for numerical computations. The computational results were compared with theoretical data to validate the model outputs. Numerical results showed that the simulation method can provide accurate estimations for wave run-up over berm breakwaters. It was found that the wave run-up may be decreased by increasing the berm width up to about 36 percent. Furthermore, the wave run-up may increase by increasing the wave height and wave period up to about 53 and 36 percent, respectively. These results may convince the engineers to use this model for design of berm breakwater in actual scale by calculating the Reynolds numbers.
In this paper, a pitch-type wave energy converter (WEC-rotor) is investigated in irregular wave conditions for the real sea testing at the west coast of Jeju Island, South Korea. The present research builds on and extends our previous work on regular waves to irregular waves. The hydrodynamic characteristics of the WEC-rotor are assessed by establishing a quasi-two-dimensional numerical wave tank using computational fluid dynamics by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation. The numerical solution is validated with physical experiments, and the comparison shows good agreement. Furthermore, the hydrodynamic performance of the WEC-rotor is explored by investigating the effect of the power take-off (PTO) loading torque by one-way and two-way systems, the wave height, the wave period, operational and high sea wave conditions. Irrespective of the sea wave conditions, the absorbed power is quadratic in nature with the one-way and two-way PTO loading systems. The power absorption increases with the wave height, and the increment is rapid and mild in the two-way and one-way PTO loading torques, respectively. The pitch response amplitude operator increases as the wave period increases until the maximum value and then decreases. For a fixed PTO loading, the power and efficiency are higher in the two-way PTO loading system than in the one-way PTO loading system at different wave periods.
Impulsive shooting noise is basically complex phenomenon which contains the linear and non-linear characteristics. For those reasons, numerical analysis of impulsive shooting noise has the difficulties in control of the numerical stability and accuracy on the simulation. In this research, Wave-number Extended Finite Volume Scheme (WEFVS) is applied to the numerical analysis of impulsive shooting noise. In the muzzle blast flow simulation, the generation of the precursor wave and the induced vortex ring are observed. Consequently, blast wave. vortex ring interaction and vortex ring. bow shock wave interaction are evaluated on the shooting process using the accurate and stable scheme. The sound generation in the interactions can be explained by the vorticity transport theorem. The shear layer is evolved behind the projectiles due to the jet flow. In these computations, the impulsive shooting noise is generated by the complex interaction with shooting process and is propagated to the far-field boundary. The impulsive shooting noise generation can be observed by the applications of WEFVS and analyzed by the physical phenomena.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제1권1호
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pp.20-28
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2009
In thus paper we validate a numerical model for wave-structure interaction by comparing numerical results with laboratory data. The numerical model is based on the Navier-Stokes (N-S) equations for an incompressible fluid. The N-S equations are solved by a two-step projection finite volume scheme and the free surface displacements are tracked by the volume of fluid (VOF) method The numerical model is used to simulate solitary waves and their interaction with a group of slender vertical piles. Numerical results are compared with the laboratory data and very good agreement is observed for the time history of free surface displacement, fluid particle velocity and wave force. The agreement for dynamic pressure on the cylinder is less satisfactory, which is primarily caused by instrument errors.
This study suggests a general process of analyzing the mooring and cargo handling limit waves, which is an incident to the new energy port under long wave agitation. To reduce damages of ships and harbor structures due to strong wave responses, it is necessary to predict the change of wave field in the mooring berth to make the proper decision by dock master. The berthing area at a new LNG port in the east coast of Korea in this study is frequently affected by oscillations from waves of 8.5~13s periods in the wintertime. The long period waves give difficulties on port operation by lowering the annual berthing ratio. It needs to find the event waves from the real time offshore wave records, which cause over the mooring limits. For that purpose, the wave records from field measurement and offshore wave buoy were analyzed. From numerical simulation, the response characteristics of long period waves in the berthing area were deduced with or without breakwater expansion plan, analyzing the offshore field wave data collected for two years. Some event wave cases caused over the cargo handling and mooring limits as per the standard Korean port design guideline, and those were used for the decision of port operation by dock master, comparing with the real time offshore wave observations.
Unsteady two-dimensional nonlinear waves which are generated by the numerical wavemaker of plunging type are numerically simulated using a finite difference method in rectangular grid system. Two-dimensional Navier-Stokes equations and the continuity equation are used for the computations. Irregular leg lengths and stars are employed near the boundaries of body and free surface to satisfy the boundary conditions. Marker-density function method is adopted for the simulation of wave breaking phenomena, and the computations are carried out with various wave amplitudes and two section shapes of wavemaker. The computation results are compared with other existing computational and experimental results, and the agreement between the experimental data and the computation results is good.
Two numerical models of the shoreline change and sediment transport rates, explicit and implicit, are simulated with shore structures such as breakwaters, a jetty, groins and a seawall. The applied study area is songdo Beach, Youngil bay, Korea since it has all the shore structures mentinoed above. The two models investigate the beach line changes and sedimen transport rates for the beach before design of three groins with and without an offshore breakwater. In order to estimate the shoreline changes after three groins were built, the beach response inside the three groin compartiments and the offshore barrier are also investigated. The simulation based on the initial shoreline conditions surveyed by the Hydrographic office, Koreai 1979 and 1984. The breaking wave characteristics are introduced into the models by calculation from the empirical equations and modification from the numerical and hydraulic model test results developed for waves behind an offshore breakwater. The numerical simulation describes well the tendencies of the sand transport and shoreline changes affected by wave diffraction behind a detached breakwater and by interruption of sand transport at three groins.
The increasing capabilities of the computers enable us to utilize various numerical schemes for the time-domain simulations concerned with 3-dimensional free-surface wave problems. There are still difficulties to solve such kind of problems, however. That's because long time simulations with large computational domain are needed in time-domain analysis. So, we need faster and more efficient numerical schemes to get the solutions practically for these problems. In this paper, a high-order spectral/boundary-element method is used for the numerical investigation of physics involved in wave-body interaction. This method is one of the most efficient numerical methods by which the nonlinear gravity waves can be simulated and hydrodynamic forces also can be calculated in time-domain. To get the robust study in these topics, various numerical tests are performed and compared with others' works.
Ma, Jin;Zhou, Dai;Han, Zhaolong;Zhang, Kai;Bao, Yan;Dong, Li
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.624-637
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2019
A semi-submersible offshore platform always operates under complex weather conditions, especially wind and waves. It is vital to analyze the structural dynamic responses of the platform in short-term sea states under the combined wind and wave loads, which touches upon three following work. Firstly, a derived relationship between wind and waves reveals a correlation of wind velocity and significant wave height. Then, an Improved Mixture Simulation (IMS) method is proposed to simulate the time series of wind/waves accurately and efficiently. Thus, a wind-wave scatter diagram is expanded from the traditional wave scatter diagram. Finally, the time series of wind/wave pressures on the platform in the short-term sea states are converted by Workbench-AQWA. The numerical results demonstrate that the proposed numerical methods are validated to be applicable for wind and wave simulations in structural analyses. The structural dynamic responses of the platform members increase with the wind and wave strength. In the up-wind and wave state, the stresses on the deck, the connections between deck and columns, and the connection between columns and pontoons are relatively larger under the vertical bending moment. These numerical methods and results are wished to provide some references for structural design and health monitoring of several offshore platforms.
Numerical simulation based on the superposition of ring waves generated by the linear periodic source distributions for the plunger type wave maker was accomplished. The characteristics of directional spreading function were investigated. Mirror images are also introduced to consider reflections of side-wall together with the reflection coefficient to account for the imperfect reflection from the real side wall in the long experimental towing tank. Unexpected spurious waves, resulting from the combined effect of finite breadth of segmented wave maker, wavelength and main wave maker, wavelength and main wave propagating direction, were observed in the line source method and also in the analysis of the directivity. The influence of spurious waves to the directional spreading function was also investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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