Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.33-42
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2003
This paper deals with the FEM analysis of nonlinear sloshing of incompressible, invicid and irrotational flow in two dimensional rectangular tank. We use laplace equation based on potential theory as governing equation. For large amplitude sloshing motion, kinematic and dynamic free surface conditions derived from Bernoulli equation are applied. This problem is solved by FEM using 9-node elements. For the time integration and accurate velocity calculation, we introduce predictor-corrector time marching scheme and least square method. Also, numerical stability in tracking of free surface is obtained by direct calculation of free surface location to time variation. Numerical results of sloshing induced by harmonic excitations, while comparing with those of linear theory and references, prove the accuracy and stability. After verification of our program, we analyze sloshing response characteristics to the fluid height and the excitation amplitude.
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.
The present study deals with the Pressure-settlement behavior of square and rectangular skirted footing resting on sand and subjected to a vertical load through a laboratory experimental study. A series of load tests were conducted in the model test tank to evaluate the improvement in pressure-settlement behavior and bearing capacity of square and rectangular model footings with and without structural skirt. The footing of width 5 cm and 6 cm and length/width ratio of 1 and 2 was used. The relative density of sand was maintained at 30%, 50%, 70%, and 87% respectively. The depth of skirt was varied from 0.25 B to 1.0 B. All the tests were carried out using a strain controlled loading frame of 50 kN capacity. The strain rate for all test was kept 0.24 mm/min. The results of present study reveal that, the use of structural skirt improves the bearing capacity of footing significantly. The improvement in bearing capacity was observed almost linearly proportional to the depth of skirt. The improvement in bearing capacity of skirted footings over footing without skirt was observed in the range of 33.3% to 68.5%, 68.9% to 127% and 146.7% to 262% for a skirt depth of 0.25 B, 0.50 B and 1.0 B respectively. The skirted footings were found more effective for sand at relative density of 30% and 50% than at relative density of 70% and 87%. The bearing capacity was found to increase linearly with footing width for footings with and without skirts. This observation was found to be consistent for footings with different skirt depths and for relative density of sand i.e., 30%, 50%, 70%, and 87%. The obtained results from the study for footing with and without skirts were comparable with available solutions from literature.
A simple laboratory device and methodology are developed for deep understanding of the western boundary current (WBC). The apparatus consists of a rotating (count-clockwise) rectangular tank with a sloping bottom in order to simulate the beta effect, the variation of the Coriolis parameter with latitude. We also used a clockwise rotating disk at the surface water to mimic the wind stress forcing in mid-latitude oceans. Four experiments were carried out using some combination of a bottom type and a rotation of the tank. Experiment with the beta effect clearly demonstrated the WBClike flow as well as the Sverdrup interior. However, the water in a tank gave rise to an inertial motion under the influence of a constant Coriolis force alone. We also discussed a stiffening of the rotating fluid on the basis of the Taylor-Proudman effect. We believe that the apparatus and methods developed in this study help to understand the WBC due to the beta effect.
Ha, Mun-Keun;Kim, Mun-Sung;Paik, Bu-Keun;Park, Chung-Hum
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2000.10a
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pp.189-195
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2000
New concept of LNG-FPSO ship with moonpool and bilge step in bottom is considered and investigated in the point of motion reduction and sloshing phenomena of the cargo and operation tanks. The cargo capacity of the ship of which principle dimensions is L x B x D x t(design) =270.0 x 51.0 x 32.32 x 13.7(m) 16K at 98% loading condition. The two moonpools and rectangular step at bilge part are setted up specially for getting the effect of motion decrease. For the motion analysis, linearized three dimensional diffraction theory with the simplified boundary conditions is used. The six-degree of freedom coupled motion responses are calculated for the LNG-FPSO ship. Viscous effects on the roll motion responses of a vessel are taken into account in this calculation program using an empirical formula suggested by Ikeda, Himeno and Tanaka is used. The case study for the moonpool size had been carried out by theoretical estimation and experimental method. For the optimization of the moonpool size and effect of the step, 9 cases of its size and with and without step are considered. From the results of calculation and experiment, it can be concluded that this designed LNG-FPSO ship have possibility to carry out her missions in the rough sea as for the owner's demand waves condition. The motion responses, especially roll motion, for the designed LNG-FPSO ship are much lower than those of another drillship and shuttle tanker and limit criterions are satisfied. For the check of the cargo tank and operation tank sizes we have performed sloshing analysis in the irregular waves which focuses on the pressure distribution on the tank wall and the time history of pressure and free surface for No.2 and No5. tanks of LNG-FPSO with chamfers. Finally we got the tank size which has no resonance and no impact pressure in all filling in the bow quartering and beam sea.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.21
no.5
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pp.564-570
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1997
The most important factor for the desalination system is the fresh water production cost dependent upon the possible energy source which should be obtained easily and with low price. Recently in Korea the demand of LNG, as a cheap and clean energy which does not cause an environmental problem, has sharply been increased. In general, LNG is storaged in a tank as a liquid state below -162 'C. When it is serviced, however, the LNG absorbs energy from a heating source and transforms to the gaseous state with high pressure. During this process a huge amount of cold energy accumulated in LNG is wasted. This waste cold energy can be utilized for producing fresh water from sea water using a sea water freezing desalination system. In order to develop a sea water freezing desalination system and to establish its design technique, a qualitative and quantitative data regarding the freezing behavior of sea water is needed in advance. The goal of this study, therefore, are to reveal the freezing mechanism of sea water, to measure the freezing rate, and to investigate the freezing heat-transfer characteristics. The experimental results help to provide a general understanding of the sea water freezing behavior in a Rectangular vessel cooled from below.
This experimental study investigated the flow characteristics for regular waves passing a rectangular floating structure in a two-dimensional wave tank. The particle image velocimetry (PIV) was employed to obtain the velocity field in the vicinity of the structure. The phase average was used to extract the mean flow and turbulence property from repeated instantaneous PIV velocity profiles. The mean velocity field represented the vortex generation and evolution on both sides of the structure. The turbulence properties, including the turbulence length scale and the turbulent kinetic energy budget were investigated to characterize the flow interaction between the regular wave and the structure. The results shaw the vortex generated near the structure corners, which are known as the eddy-making damping or viscous damping. However, the vortex induced by the wave is longer than the roll natural period of the structure, which presents the phenomena opposing the roll damping effect; that is, the vortex may increase the roll motion under the wave condition longer than the roll natural period.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.4
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pp.529-537
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1998
Currently as due to the rapid development of industry and increase in population we meet serious problems concerning the shortage and pollution of water. In the country many experts predict a shortage of water approaching 450 million tons by the year 2006. To cope with this serious problem it is necessary to construct desalination plants. In the adoption of a desalination system the most important factor is the cost of fresh water production,. In general LNG is stored in a tank as a liquid state below $-162^{\circ}C$. When it is serviced, however the LNG absorbs energy from a heat source and transforms to a high pressure gaseous state. During this process a huge amount of cold energy accumulated in cooling LNG is wasted. This wasted cold energy can be utilized to produce fresh water by using a sea water freezing desalination system. In order to develop a sea water freezing desalination system and to establish its design technique qualitative and quantitative data regarding the freezing behavior of sea water is required in advance, The goals of this study are to reveal the freezing behavior of sea water is required in advance. The goals of this study are to reveal the freezing mechanisms of sea water to measure the freezing rate and to investigate the freezing heat-transfer characteristics,. The experimental results will provide a general understanding of sea water freezing behavior in a rectangular vessel cooled from above.
In the present study, the total hydrodynamic pressure exerted by the fluid on walls of rectangular tanks due to horizontal excitations of different frequencies, is investigated by pressure based finite element method. Fluid within the tanks is invisid, compressible and its motion is considered to be irrotational and it is simulated by two dimensional eight-node isoparametric. The walls of the tanks are assumed to be rigid. The total hydrodynamic pressure increases with the increase of exciting frequency and has maximum value when the exciting frequency is equal to the fundamental frequency. However, the hydrodynamic pressure has decreasing trend for the frequency greater than the fundamental frequency. Hydrodynamic pressure at the free surface is independent to the height of fluid. However, the pressure at base and mid height of vertical wall depends on height of fluid. At these two locations, the hydrodynamic pressure decreases with the increase of fluid depth. The depth of undisturbed fluid near the base increases with the increase of depth of fluid when it is excited with fundamental frequency of fluid. The sloshing of fluid with in the tank increases with the increase of exciting frequency and has maximum value when the exciting frequency is equal to the fundamental frequency of liquid. However, this vertical displacement is quite less when the exciting frequency is greater than the fundamental frequency.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.5
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pp.36-42
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2003
A CFD simulation technique has been developed to handle the unsteady body motion with large amplitude by use of overlapping multi-block grid system. The three-dimensional, viscous and incompressible flow around body is investigated by solving the Navier-Stokes equations, and the motion of body is represented by moving effect of the grid system. Composite grid system is employed in order to deal with both the body motion with large amplitude and the condition of numerical wave maker in convenience at the same time. The governing equations, Navier-Stokes (N-S) and continuity equations, are discretized by a finite volume method, in the framework of an O-H type boundary-fitted grid system (inner grid system including test model) and a rectangular grid system (outer grid system including simulation equipments for generation of wave environments). If this study, several flow configurations, such as an oscillating cylinder with large KC number, are studied in order to predict and evaluate the hydrodynamic forces. Furthermore, the motion simulation of a Series 60 model advancing in a uniform flow under the condition of enforced roll motion of angle 20$^{\circ}$ is performed in the developed numerical wave tank.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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