Seawater flow characteristics around a manganese nodule mining device in deep sea were analyzed through numerical investigation. The mining device influences the seawater flow field with complicated velocity distributions, and they are largely dependent on the seawater flow speed, device moving speed, and injection velocity from the collecting part. The flow velocity and turbulent kinetic energy distributions are compared at several positions from the device rear, side, and top, and it is possible to predict the distance from which the mining device affects the seawater flow field through the variation of turbulent kinetic energy. With the operation of the collecting device the turbulent kinetic energy remarkably increases, and it gradually decreases along the seawater flow direction. Turbulent kinetic energy behind the mining system increases with the seawater flow velocity. The transient behavior of nodule particles, which are not collected, is also predicted. This study will be helpful in creating an optimal design for a manganese nodule collecting device that can operate efficiently and which is eco-friendly.
This study investigated the erosion-corrosion characteristics of 5038-H321 aluminum alloy in a natural seawater solution through various electrochemical experiments and flow rate parameters. Cathodic polarization experiments were conducted at flow rates ranging from 4 to 12 knots. Considering the concentration polarization section representing a relatively low current density, the range of the potentiostatic experiment was determined to be -1.6 to -1.0 V. The potentiostatic experiment was conducted at various potentials for 180 minutes in seawater. After the experiment, the corrosion characteristics were evaluated by observing surface morphology and measuring surface roughness. As a result, as the applied potential was lower, the amount of calcareous deposits increased and the roughness tended to increase. On the other hand, it was confirmed that the roughness was larger in the static condition than the flow rate condition due to the influence of the flow velocity. Variations in the chemical composition with flow rate variations were analyzed by energy-dispersive spectroscopy (EDS). In conclusion, the cathodic potential of AA5083-H321 in seawater was determined to be -1.0 V.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.2
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pp.77-83
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2012
Numerical analyses through Computational Fluid Dynamics have been performed to investigate the seawater flow field characteristics for various shrouds used in horizontal axis tidal current turbine systems. Seawater flow characteristics are largely influenced under constant tidal current velocity by the shroud geometry and there is considerable difference in fluid velocity distributions around the shrouds. Especially the location and magnitude of maximum seawater flow velocity directly affect turbine performance for power generation. For the cylinder-diffuser type shroud system whose cylinder and diffuser parts have the same length accelerated flow region is formed in the overall cylinder part while maximum velocity in the nozzle-diffuser type whose nozzle and diffuser parts have the same length with symmetry, locally appears near the minimum sectional area. In case of cylinder-diffuser type shroud fluid velocity increases rather high compared with current velocity. And fluid velocity at the centerline gradually increases from the entrance, and then decreases rapidly after reaching a peak close to the middle of the cylinder part unlike the nozzle-diffuser while there is not much variation near the rear of the shroud. These results of the seawater flow characteristics with various shroud geometries can be applied to optimal design for the development of efficient tidal current power generation systems.
The numerical analysis of fluid flow in the tube cleaning system is examined. The working flow used in this study is seawater, and the temperature change is not considered as the temperature change of seawater in the tube cleaning system is negligible. Also, the analysis is performed under the assumption of steady state. The screens of complicated morphologies are simplified for the analysis, and only one fourth of the tube cleaning system is modeled as the system has a symmetrical shape. The velocity inlet boundary condition is employed for the seawater inlet, whereas the outflow boundary condition is employed for two seawater outlets. In applying the outflow boundary condition for the system with more than two outlets, the flow rate can be arbitrarily assigned. In the analysis, the finite-volume method based numerical analysis tool, the pressure based solver, the standard k-$\varepsilon$ model are utilized, and the under relaxation factor is modified appropriately. From the analysis, the distribution of velocity vectors, pressure and path lines are obtained, and the physical characteristics of fluid flow in the tube cleaning system is well-examined.
Lee, Kwang Ho;Lee, Jun Hyeong;Jeong, Ik Han;Kim, Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.6
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pp.253-262
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2018
Oscillating Water Column (OWC) Wave Energy Converters (WEC) harness electricity through a Power-Take-Off (PTO) system from the induced-airflow by seawater oscillating inside a chamber. In general, an air chamber with a relatively small cross-sectional area is required compared to seawater chamber to obtain high-velocity air in the PTO system, and in order to simulate an accurate air flow rate in the air chamber, a three-dimensional study is required. In this study, the dynamic response of OWC-WEC that is equipped with the channel of seawater exchange for the case of irregular waves has been numerically studied. The open source CFD software, OLAFLOW for the simulation of wave dynamics to the openFOAM and FOAM-extend communities, was used to simulate the interaction between the device and irregular waves. Based on the numerical simulation results, we discussed the fluctuation characteristics of three dimensional air flow in the air-chamber, wave deformation around the structure and the seawater flow inside the channel of seawater exchange. The numerical results the maximum air flow velocity in the air-chamber increases as the Ursell value of the significant wave increases, and the velocity of airflow flowing out from the inside of air chamber to the outside is greater than the speed of flowing into the air chamber from the outside.
Kim, Y.J.;Woo, N.S.;Kwon, J.K.;Chung, S.K.;Park, U.S.;Bae, S.E.;Park, S.H.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2011.05a
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pp.556-560
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2011
The seawater lift pump system is responsible for maintaining the open canal level to provide the suction flow of circulating water pump at the set point. The objective of this paper is to design a 2-stage mixed flow pump(for seawater lifting) by inverse design and to evaluate the overall performance and the local flow fields of the pump by using a commercial CFD code. Rotating speed of the impeller is 1,750 rpm with the flow rate of 2,700 $m^3/h$. Finite volume method with structured mesh and Realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model is used to guaranty more accurate prediction of turbulent flow in the pump impeller. The numerical results such as static head brake horse power and efficiency of the mixed flow pump are compared with the reference data. Also, the periodic condition calculation method for the mixed flow pump was carried out in order to investigate the pump performance characteristics with the modification of impeller geometry.
The corrosion damage of materials in marine environment mainly occurs by Cl- ions due to the breakdown of passive films. Additionally, various characteristics in seawater such as salinity, temperature, immersion time, flow rate, and biological activity also affect corrosion characteristics. In this study, the corrosion characteristics of stainless steels (STS 304 and STS 316L) and anodized aluminum alloys (AA 3003 and AA 6063) were evaluated with seawater temperature parameters. A potentiodynamic polarization experiment was conducted in a potential range of -0.25 V to 2.0 V at open circuit potential (OCP). Corrosion current density and corrosion potential were obtained through the Tafel extrapolation method to analyze changes in corrosion rate due to temperature. Corrosion behavior was evaluated by measuring weight loss before/after the experiment and also observing surface morphology through a scanning electronic microscope (SEM) and 3D microscopy. Weight loss, maximum damage depth and pitting damage increased as seawater temperature increased, and furthermore, the tendency of higher corrosion current density with an increase of temperature attributed to an increase in corrosion rate. There was lower pitting damage and lower corrosion current density for anodized aluminum alloys than for stainless steels as the temperature increased.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.49
no.4
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pp.349-356
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2016
In this study, electrochemical damage behaviors with flow rate were investigated for anodized 5083 aluminum alloy in seawater. As the results of anodic polarization experiments and potentiostatic experiments at +1.0 V (vs. SSCE), the non-flow condition presented largely damaged surface resulting from a tendency of local pitting damage. Under various flow rate conditions, however, less surface damages under the application of anodic potential was obtained which is attributed to no accumulation of $H^+$ and $Cl^-$ ions on the surface. On the other hand, the results of the potentiostatic experiments at -1.0 V (vs. SSCE) with flow rate showed that anodized 5083 aluminum alloys could achieve the effective cathodic protection by low cathodic protection current density less than $2.61{\times}10^{-7}A/cm^2$ even under high flow rate of 1 m/s.
Kim, Hyeon-Ju;Jung, Young-Kwon;Lee, Ho-Saeng;Yoon, Jung-In;Son, Chang-Hyo
Journal of Power System Engineering
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v.18
no.4
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pp.29-35
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2014
Plate heat exchanger are being applied in the field of OTEC (ocean thermal energy conversion) and SWAC (seawater air conditioning) system. This study is to analyze numerically the heat transfer and pressure drop characteristics by using solid works flow simulation in order to offer optimum design data of plate heat exchanger. Plater heat exchanger proposed in this study is four types. The geometric design parameters of plate heat exchanger are a channel space, a flow orientation, a plate array, the flowrate of working fluid and so on. The main results for numerical analysis of plate heat exchangers are summarized as follows. Heat transfer performance for the channel space of 2.4 mm shows the highest value compared to other spaces. And, the Type 4 plate heat exchanger in Table 2 is the highest performance. From the pressure drop characteristics of plate heat exchanger, the channel space of 3.2 mm shows the lowest value. And Type 1 plate heat exchanger in Table 2 is the lowest pressure drop.
Kim, Chang-Je;Kim, Mi-Kum;Son, Chang-Bae;Kang, Sung-Jin
Journal of Navigation and Port Research
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v.26
no.2
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pp.227-233
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2002
Recently, the water pollution of coastal sea area including harbor, bay and inland sea has been very serious and it causes u\\various environmental impacts. In this study, water flow system of Danghnag Bay, which has the narrow and long topographical characteristics with the narrow bay mouth and its flow is influenced principally by the tidal current, is investigated experimentally and numerically. In order to understand the tidal system of Danghang Bay, harmonic analysis is performed based on measured tidal range and flow velocity. In addition, numerical model for tidal exchange is developed considering conditions of Danghang Bay. Calculated results show good agreement with measurement. Lastly, based on the proposed numerical model, exchange ratio of seawater volume in Danghang Bay is predicted.
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