International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.314-328
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2019
This paper attempts to combine the pneumatic breakwater and submerged breakwater to increase the effectiveness of wave damping for long-period waves. A series of physical experiments concerning pneumatic breakwater, submerged breakwater and their joint breakwater was conducted and used to validate a mathematical model based on Reynolds-averaged Navier-Stokes equations, the RNG $k-{\varepsilon}$ turbulence model and the VOF method. In addition, the mathematical model was used to investigate the wave transmission coefficients of three breakwaters. The nonlinear wave propagation behaviors and the energy transfer from lower frequencies to higher frequencies after the submerged breakwater were investigated in detail. Furthermore, an optimal arrangement between pneumatic breakwater and submerged breakwater was obtained for damping longer-period waves that cannot be damped effectively by the pneumatic breakwater alone. In addition, the reason for the appearance of the combination effect is that part of the energy of the transmitted waves over the submerged breakwater transfers to shorter-period waves. Finally, the impact of the joint breakwater on the wave field during wave propagation process was investigated.
Kim, Sang-Ho;Yamashiro, Masaru;Yoshida, Akinori;Shin, Seung-Ho;Hong, Key-Yong
Journal of Navigation and Port Research
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v.33
no.1
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pp.65-70
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2009
The hybrid numerical model is developed by combining BEM that can calculate the wave motion rapidly under the potential theory and CADMAS-SURF that solves Navier-Stokes equations for the free surface variation near the structure, In the hybrid model the calculation of wave motion in a wide field of wave reflection for deep water area is conducted by BEM but for shallow water area by CADMAS-SURF. Especially the hybrid model can calculate random wave motions for long term period more rapidly with almost similar accuracy than the calculation of wave motion which was carried out by CADMAS-SURF only. In this study the coupling model was applied to the calculation of the strong nonlinear wave motion such as wave runup and overtopping at the coastal structure on the mild-slope bottom and the results of numerical model were compared with the Toyosima's experiments of regular wave runup and Goda's design diagram of ramdom wave overtopping, respectively.
The traveling wave ultra-sonic motor (TWUSM) is operated through the frictional force between the rotor and the stator. Hence, the contact mechanism should be analyzed to estimate the motor performance. However, the nonlinearity of the contact mechanism of the TWUSM makes it difficult to propose a proper contact model and a characteristic analysis method. To address these problems, a novel contact model is proposed and be termed the cylindrical dynamic contact model (CDCM) in this research. An estimation method of the motor performance is proposed using the CDCM, an analytical method, and a numerical method. The feasibility and usefulness of the proposed characteristic analysis are verified through experimental data.
Recently, a new port reserves deep water depth for safe navigation and mooring, following the trend of larger ship building. Larger port facilities include long and huge breakwaters, and mainly adopt vertical type considering low construction cost. A vertical breakwater creates stem waves combining inclined incident waves and reflected waves, and this causes maneuvering difficulty to the passing vessels, and erosion of shoreline with additional damages to berthing facilities. Thus, in this study, the researchers have investigated the response of stem waves at the vertical breakwater near the entrance channel and applied numerical models, which are commonly used for the analysis of wave response at the harbor design. The basic equation composing models here adopted both the linear parabolic approximation adding the nonlinear dispersion relationship and nonlinear parabolic approximation adding a linear dispersion relationship. To analyze the applicability of both models, the research compared the numerical results with the existing hydraulic model results. The gap of serial breakwaters and aligned angles caused more complicated stem wave generation and secondary stem wave was found through the breakwater gap. Those analyzed results should be applied to ship handling simulation studies at the approaching channels, along with the mooring test.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.5
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pp.671-679
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2010
This paper introduces a new hull form design method for the bow of a full ship, by actively applying the relation between the fore-body hull form and its wave resistance characteristics. For the hull form design, the Series 60($C_B=0.8$) hull is chosen as the parent ship, and Kracht's charts are used to determine the parameters of the bulbous bow in the early stages of hull form design. Several hull forms have been tested in order to obtain enough hull form variations with various bow shapes and design parameters in the search of the best design. In order to investigate the resistance characteristics of the designed hull forms, numerical simulations with corresponding model tests have been rigorously performed. For the numerical simulations, the Marker-density method is employed to track the nonlinear phenomena of the free surface(program IUBW). Model tests have also been performed to achieve an improved research performance using the designed hulls. Both numerical and experimental results show that the wave resistance of the hull forms can be effectively diminished if the bows are designed using the method introduced in this research. It is also expected that this research can facilitate better productivity in hull form design, especially at the preliminary design stage of a full ship type vessel.
Park, Jong-Chun;Park, Dong-In;Lee, Sang-Beom;Hong, Gi-Yong;Sun, Sung-Bu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.19
no.3
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pp.18-24
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2005
Wave overtopping is one of the most important processes for the design of seawalls. The term "wave overtopping" is used here to refer to the processes where waves hit a sloping structure run up the slope and, if the crest level of the slope is lower than the highest run up level, overtop the structure. Wave overtopping is dependent on the processes associated with breaking wave. A numerical model based on Navier-Stokes equation and the Marker-density function for predicting wave overtopping of coastal structures is developed in this paper. In order to evaluate the present model, two simulations are tested. One is overflow without waves at vertical seawall, and the other is wave overtopping at sloping seawalls.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.77-99
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2017
Offshore oscillating water columns (OWC) represent one of the most promising forms of wave energy converters. The hydrodynamic performance of such converters heavily depends on their interactions with ocean waves; therefore, understanding these interactions is essential. In this paper, a fully nonlinear 2D computational fluid dynamics (CFD) model based on RANS equations and VOF surface capturing scheme is implemented to carry out wave energy balance analyses for an offshore OWC. The numerical model is well validated against published physical measurements including; chamber differential air pressure, chamber water level oscillation and vertical velocity, overall wave energy extraction efficiency, reflected and transmitted waves, velocity and vorticity fields (PIV measurements). Following the successful validation work, an extensive campaign of numerical tests is performed to quantify the relevance of three design parameters, namely incoming wavelength, wave height and turbine damping to the device hydrodynamic performance and wave energy conversion process. All of the three investigated parameters show important effects on the wave-pneumatic energy conversion chain. In addition, the flow field around the chamber's front wall indicates areas of energy losses by stronger vortices generation than the rear wall.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.8
no.2
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pp.151-160
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1996
To construct the third generation model, nonlinear interaction was included in source terms. To calculate the nonlinear interaction, discrete interaction approximation to Boltzmann integral was used, as in WAM model. The general behavior and characteristics of nonlinear interaction were analyzed through the experiments for the durational growth and turning winds.
Hur Dong Soo;Kim Chang Hoon;Lee Kwang Ho;Kim Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.17
no.2
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pp.86-97
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2005
Accurate estimation of the wave-induced pore water pressure in the seabed is key factor in studying the stability of the seabed in the vicinity of coastal structure. Most of the existing numerical models for wave structure seabed interaction have been linked through applying hybrid numerical technique which is analysis method separating the wave field and seabed regime. Therefore, it is necessary to develope a numerical model f3r simulating accurately wave$\cdot$structure$\cdot$ seabed interaction under wave loadings by the single domain approach for wave field and seabed regime together. In this study, direct numerical simulation is newly proposed. In this model, modeled fluid drag has been used to detect the hydraulic properties according to the varied geometrical shape inside the porous media by considering the turbulence resistance as well as laminar resistance. Contrary to hybrid numerical technique, direct numerical simulation avoids the explicit formulation of the boundary conditions at the fluid/porous media interface. A good agreement has been obtained by the comparison between existed experimental results by hydraulic model test and direct numerical simulation results far wave $\cdot$structure$\cdot$seabed interaction. Therefore, the newly proposed numerical model is a powerful tool for estimating the nonlinear dynamic responses among a structure, its seabed foundation and water waves.
HAN DONG SOO;KIM CHANG HOON;YEOM CYEONG SEON;KIM DO SAM
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.19
no.6
s.67
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pp.35-43
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2005
Recently, various-shaped coastal structures have been studied and developed. Among them, the submerged breakwater became generally known as a more effective structure than other structures, bemuse it not only serves its original function, but also has the ability to preserve the coastal environment. Most previous investigations have been focused on the wave deformation and energy dissipation due to submerged breakwater, but less interest was given to their internal properties and dynamic behavior of the seabed foundation under wave loadings. In this study, a direct numerical simulation (DNS) is newly proposed to study the dynamic interaction between a permeable submerged breakwater aver a sand seabed and nonlinear waves, including wave breaking. The accuracy of the model is checked by comparing the numerical solution with the existing experimental data related to wave $\cdot$ permeable submerged breakwater $\cdot$ seabed interaction, and showed fairly nice agreement between them. From the numerical results, based on the newly proposed numerical model, the properties of the wave-induced pore water pressure and the flow in the seabed foundation are studied. In relation to their internal properties, the stability oj the permeable submerged breakwater is discussed.
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