Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.17
no.3
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pp.174-181
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2014
Design procedure of LEG(Linear Electric Generator) is introduced by performing the time-domain analysis for the heaving motion of a floating buoy coupled with LEG. A vertical truncated buoy is selected as a point absorber and a double-sided Halbach array mover and cored slotless stator is adopted as a linear electric generator. LEG with a double-sided Halbach array mover and cored slotless stator is designed with the input data such as the heave motion velocity and wave exciting forces in time-domain. The validity of designed LEG is confirmed by performing generating-characteristic-analysis under the sinusoidal motion of a buoy, based on the numerical techniques such as FE(Finite Element) analysis. In particular, an ECM(Equivalent Circuit Method) is employed as the design tool for the prediction of generating characteristics under irregular wave conditions. Finally, we confirm that the ECM gives reasonable and fast results without sacrifice of accuracy.
A numerical procedure is described for estimating the effects of the multi-directional irregular waves on the structural responses of the Tension Leg Platform (TLP). The numerical approach is based on a three dimensional source distribution method for hydrodynamic forces, a three dimensional frame analysis method for structural responses, in which the superstructure of TLP is assumed to be flexible instead of rigid. Hydrodynamic and hydrostatic forces on the submerged surface of a TLP have been accurately calculated by excluding the assumption of the slender body theory. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, and the structural damping are included in structural analysis. The spectral description used in spectral analysis of directional waves for the linear system of a TLP in the frequency domain is sufficient to completely define the structural responses. This is due to both the wave inputs and responses are stationary Gaussian random process of which the statistical properties in the amplitude domain are well known. The numerical results for the linear motion responses and tension variations in regular waves are compared with the experimental and numerical ones, which are obtained in Yoshida et al.(1983). The results of comparison confirmed the validity of the proposed approach.
In this study, a series of laboratory experiments were carried out to investigate the weak reflection of regular and random water waves over a train of protruded permeable shore structures. A cylindrical slit type breakwater and the alternatives are employed and compared for reflecting and transmitting capabilities of incident waves including wave forces. A series of random waves were generated by using the Bretschneider-Mitsuyasu frequency and directional spectrum. Measured spectrum of irregular waves without breakwaters is verified by comparing with those of the input waves generated. Weak reflection is occurred at the breakwater center of the peak frequency. If the row of breakwaters is fixed at three layers and the relative height of breakwater is fixed at 0.6, around 45% of incident wave energy is reflected to offshore. It is also found that the transmission of directional random waves increases as the maximum frequency parameter increases. A very good agreement is observed. Reflection coefficients of permeable submerged breakwaters are less than those of impermeable breakwaters. The upside-down L shape is recommended for a small fishery harbor mooring in terms of reflecting capability and of practical application. The final design was applied to the wharf of a small beach of Seolly, near Namhae at the southeast coast of Korea.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.4
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pp.166-179
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2018
This study aims at numerically investigating the water-surface characteristics such as wave height distribution depending on the current direction around the three-dimensional permeable submerged breakwaters in wave-current coexisting field which has not been considered in detail so far. In addition, the characteristics of the velocity field including the average flow velocity, longshore current and turbulent kinetic energy, which act as the main external forces of formation of salient, are also examined. For numerical analysis, olaFlow which is open source code of CFD was used and the numerical tests included different types of target waves, both regular waves and irregular waves. Numerical results indicated that wave height variation with wave following or opposing a current behind the submerged breakwater is closely related to turbulent kinetic energy. Furthermore, it was found that weaker longshore currents are formed under wave-current coexisting field compared to the non-current conditions, and transport flow is attenuated. As a result, it was possible to understand the influence of current existence and direction (following and opposing) on the formation of the salient formed behind the submerged breakwaters.
In the high convective gas flow condition, irregular shaped water waves from which droplet entrainment occurs are generated under horizontally stratified two-phase flow condition. KAERI proposed a new mechanistic droplet entrainment model based on the momentum balance equation consisting of the shear stress, surface tension, and gravity forces. However, this model requires correlation or experimental data of several physical parameters related to the wave characteristics. In the present study, we tried to measure the physical parameters such as wave slope, wave hypotenuse length, wave velocity, wave frequency, and wavelength experimentally. For this, an experiment was conducted in the horizontal rectangular channel of which width, height, and length are, respectively, 40 mm, 50 mm, and 4.2 m. In the present test, the working fluids are chosen as air and water. The PIV technique was applied not only to obtain images for phase interface waves but also to measure the velocity field of the water flow. Additionally, we developed the parallel wire conductance probe for the confirmation of wave height from PIV image. Finally, we measured the physical parameters to be used in the validation of new droplet entrainment model.
As well as the strength check, fatigue life check is also mainly required for designing mooring lines of the floating structures. In general, forces which induce dynamic structural response significantly affect to fatigue design of the mooring lines. So, waves are mainly considered as the governing loading for fatigue design of the mooring lines. In this study, characteristics of the fatigue damage of the mooring lines for submerged floating tunnels (SFT) under irregular waves are investigated. For this study time domain hydrodynamic analysis is used to obtain motion of the tunnel and tension and stresses of the mooring lines under the specific environmental conditions. Also, the Rainflow-counting method, the Palmgren-Miner's rule, and S-N curves for floating offshore structures presented by DNV recommendation is applied to calculate the fatigue damage due to the fluctuating stresses. Referring to the design plactice of the tendon pipes for TLP (tension-leg platform), which is very similar structural system to SFT, it is assumed that a 100 year return period wave attacks the SFT systems during 48 hours and the fatigue damages due to the environmental loading are calculated. Following the analysis sequence, the effects of the tunnel draft, spacing and initial inclination angle of the mooring lines on the fatigue damage under the specific environmental loadings are investigated.
In order to analyze the dynamic motions of fish cage systems made of a frame and a netting under the conditions of waves and current, the hydraulic model experiment at towing tank and the numerical computation using boundary integral element method based on linear potential theory were carried out on a square and a circular type of fish cage, The computed and measured results for the dynamic motions of model fish cage systems showed that the heave and pitch motions were almost unaffected by the inclusion of nets, while the surge motions were very reduced by drag force acting on them. In addition, irregular wave-induced motions of fish cages included non-negligible 2nd order harmonic components at high frequency nearly twice the wave frequency. The reason why these motions were considered was due to resonance or structural components of frames being overflown and out of water during a wave cycle. It was found that circular type was more desirable structure in the open sea than square one only in the respect of dynamic motions due to waves and current. Further verifications were needed considering hydrodynamic forces, fatigue life, and structure analysis based on long term stochastic waves including frequency and time domain for the purpose of analyzing and designing fish cage systems.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.22
no.3
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pp.9-18
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1985
The numerical calculation for solving boundary-value problem related to potential flows with a free surface is carried out by application of the localized finite element method. Only forced motion of 2-D body in infinitely deep fluid is considered, although this schemes is equally applicable to any first order time-harmonic problems of similar nature. The infinite domain of the fluid is separated into the inner flow field and the outer flow field with common inter-surface boundary. The finite element method is applied to obtain the solution in the inner flow field and the Green functions are utilized to represent the solution in the outer flow field. At the inter-surface boundary, the continuity of the value of potential and the normal derivative of the potential(i.e. matching condition) is conserved. The present method has better computational efficiency than the previous LFEM and the integral equation method of Frank. This enhanced computational efficiency is presumably due to the fact that the present method gives a symmetric coefficient matrix and requires less computational time in calculating the influence coefficient matrix of Green function than the integral equation method. And the irregular frequency desen't exist because the uniqueness of the solution is assured by the such that the exact free surface condition is satisfied on the boundary of the localized finite element region(i.e. inner region). As an example of the above method, the hydrodynamic forces for the circular cylinder and the rectangular cylinders are calculated. In the computed results, the small number of singularity distribution segments($3{\sim}6$) give good result relative to Ursell's and Vugts'.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.3
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pp.580-594
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2015
Liquid sloshing in two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) rectangular tanks is simulated by using a level set method based on the finite volume method. In order to examine the effect of natural frequency modes on liquid sloshing, we considered a wide range of frequency ratios ($0.5{\leq}fr{\leq}3.2$). The frequency ratio is defined by the ratio of the excitation frequency to the natural frequency of the fluid, and covers natural frequency modes from 1 to 5. When fr = 1, which corresponds to the first mode of the natural frequency, strong liquid sloshing reveals roof impact, and significant forces are generated by the liquid in the tank. The liquid flows are mainly unidirectional. Thus, the strong bulk motion of the fluid contributes to a higher elevation of the free surface. However, at fr = 2, the sloshing is considerably suppressed, resulting in a calm wave with relatively lower elevation of the free surface, since the waves undergo destructive interference. At fr = 2, the lower peak of the free surface elevation occurs. At higher modes of $fr_3$, $fr_4$, and $fr_5$, the free surface reveals irregular deformation with nonlinear waves in every case. However, the deformation of the free surface becomes weaker at higher natural frequency modes. Finally, 3-D simulations confirm our 2-D results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.2
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pp.127-138
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1996
The strip method, unified theory and 3-D panel method are commonly used methods for the seakeeping analysis of high-speed vessels. The strip method which is basically 2-dimensional method is known to give incorrect hydrodynamic coefficients and motion responses for the cases of high speed and low frequency region. And the unified theory which uses two dimensional approach in inner domain and slender body theory in outer domain is very complicate in computational modelling. Though the 3-D panel method requires comparatively long computation time, it is believed that the method gives good results without any limitation in ship speed and range of frequency for computation. In the 3-D panel method the source singularity representing translating and pulsating Green function is used and Hoff's method is adopted for the numerical calculation of the Green function. The computation time can be reduced by using the symmetry relationship with respect to longitudinal axis. In this paper the strip method and the 3-D panel method are compared for the seakeeping analysis of a high-speed catamaran. The Compared items are the hydrodynamic coefficients, wave exciting forces, frequency response functions and short-term responses in irregular waves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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