Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.20
no.2
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pp.212-218
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2008
A possible source of resonant problems in a harbor is long waves generated by incident wave groups. The analytical solutions of the governing equations of second-order long waves derived using a multiple-scale perturbation method consist of the locked and free long waves. The locked long waves propagate at some group velocity, whereas the free long waves propagate at the shallow-water speed. To study the resonance of free long waves, a trapezoidally varying topography is employed. With certain combinations of incident angle, water depth, and ambient current velocity, free long waves can be trapped and resonated.
The second-order long waves generated by short wave groups propagating over a step are theoretically investigated. The diffraction of short waves is firstly formulated and the governing equations of second-order long waves are then derived by using a multiple-scale perturbation method. It is observed that free and locked long waves are generated and propagated with different velocities.
If a point impulse travels over free surface of water of finite depth, surface waves consist of divergent waves. The crestlines of those divergent waves are short and end on the cusp line if the impulse travels at a subcritical speed. But the crestlines become infinitely long and there are no cusps if the impulse travels at a supercritical speed.
Analyzing the interactions of free surface waves caused by a submerged-body movement is important as a fundamental study of submerged-body motion. In this study, a two-dimensional mini-towing tank was used to tow an underwater body for analyzing the generation and propagation characteristics of free surface waves. The magnitude of the maximum wave height generated by the underwater body motion increased with the body velocity at shallow submerged depths but did not increase further when the generated wave steepness corresponded to a breaking wave condition. Long-period waves were generated in the forward direction as the body moved initially, and then short-period waves were measured when the body moved at a constant velocity. In numerical simulations based on potential flow, the fluid pressure changes caused by the submerged-body motion were implemented, and the maximum wave height was accurately predicted; however, the complex physical phenomena caused by fluid viscosity and wave breaking in the downstream direction were difficult to implement. This research provides a fundamental understanding of the changes in the free surface caused by a moving underwater body.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.4
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pp.258-266
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2024
It is necessary to predict the ship's manoeuvrabilities in waves for its safe operations in adverse weather. At the early design stage, free-running model tests can be performed to estimate the ship's manoeuvring performance in irregular wave conditions. The wave elevations are randomly varied with times in irregular waves, large deviations of the manoeuvring performance indices are likely to occur depending on the start time of steering scenarios. In this study, a KSUPRAMAX model ship's manoeuvres in long-crested irregular waves are reproduced in the equivalent regular waves. The equivalent regular waves are searched from the energy flux relations between long-crested irregular and regular waves. But there are differences of forward speeds in the model tests, regular wave height and period are modified so that both the forward speed and the trajectory drift in regular waves are similar to those in irregular waves. In addition, low speed course-keeping tests are performed with various wave incident angles in irregular and regular waves. It is confirmed that check helms, drift angles, and speeds as well as trajectories in irregular waves are similar to those in equivalent regular waves.
Kim, Bong-Seong;Jo, Eun-Ae;Basavaraja, C.;Huh, Do-Sung
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.31
no.7
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pp.1956-1962
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2010
The formation of diverse spiral waves was studied in a polyacrylamide gel membrane with ruthenium(4-vinyl-4'-methyl-2,2'-bipyridine)bis(2,2'-bipyridine)bis(hexafluorophosphate) by a gas-free Belousov-Zhabotinisky (BZ) reaction system containing 1,4-cyclohexanedione (1,4-CHD). The gel membrane was found to be receptive for observing propagating waves since a clearer wave-train is obtained during a long reaction time without any disturbance from the immobilized metal catalyst which can be dissolved into the highly acidic solution of the BZ system. The distinctive waves in the system basically depend on both $BrO_3$ and 1,4-CHD in the initial phase, and are influenced by the intensity of illumination of visible light.
Modulation theory describes propagation of surface waves with deep wave number and frequency modulation. Locally spectrally narrow wave packet can have accumulated large scale frequency shift of carrier wave during propagation. Some important nonlinear modulation effects, such as negative frequencies, phase kinks, crest pairing, etc., often observed experimentally at long fetch propagation of finite amplitude surface wave trains, are reproduced by the proposed theory. The presented model permits also to analyze the appropriately short surface wave packets and modulation periods. Solutions show the wave phase kinks to arise on areas' of relatively small free surface displacement in complete accordance with the experiments.
Double shelf topography allows the existence of two sets of waves propagating in opposite directons. In the case that two shelves are apart sufficiently enough, the solutions show two independent sets of waves which recover the single shelf waves. However, if the distance between two shelves is less than the Rossby deformation radius, the waves become dependent on the geometry of both shelves. Even over a double shelf topography, shelf waves propagate with the shallow water to the right in the Northern Hemisphere. The group velocity of shelf wave has the same direction as phase velocity in the long wave case, but the opposite direction in the short wave case. Each shelf mode has a zero group velocity at some intermediate value of wave length.
Recently moored offshore vessels like as FPSO(Floating Production Storage Offloading) are frequently deployed in seas for a long time. For successful operation, the motion behavior of such a vessel in waves must be clarified in advance either theoretically or experimentally. It is of particular interest to examine the behavior, when swells are superposed to seas with different incident angle. Such a situation is actually reported in some offshore oilfield. In this paper, the motion of a FPSO in irregular waves including swells is studied in time domain. Hydrodynamic coefficients and wave forces are calculated in frequency domain using three-dimensional singularity distribution method. Time memory function and added mass at infinite frequency are derived by Fourier transform utilizing hydrodynamic damping coefficients. In the process, the numerical accuracy of added mass at infinite frequency is carefully examined in association with free decay simulations. It is found from numerical simulations that swells significantly affect the vertical motion of FPSO mainly because of their longer period compared to the ordinary sea waves. In particular, the roll motion is largely amplified because the dominant period of swell is closer to the roll natural period than that of seas.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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