Abualtayef, Mazen;Kuroiwa, Masamitsu;Sief, Ahmed Khaled;Matsubara, Yuhei;Aly, Ahmed M.;Sayed, Ahmed A.;Sambe, Alioune Nar
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.2
no.1
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pp.14-23
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2010
A numerical model was developed for simulating a three-dimensional multilayer hydrodynamic and thermodynamic model in domains with irregular bottom topography. The model was designed for examining the interactions between flow and topography. The model was based on the three-dimensional Navier-Stokes equations and was solved using the fractional step method, which combines the finite difference method in the horizontal plane and the finite element method in the vertical plane. The numerical techniques were described and the model test and application were presented. For the model application to the northern part of Ariake Sea, the hydrodynamic and thermodynamic results were predicted. The numerically predicted amplitudes and phase angles were well consistent with the field observations.
Multi-dimensional hydrodynamic and water quality models are widely used to simulate the physical and biogeochemical processes in the surface water systems such as reservoirs and estuaries. Most of the models have adopted the Eulerian grid modeling framework, mainly because it can reasonably simulate physical dynamics and chemical species concentrations throughout the entire model domain. Determining the optimum grid cell size is important when using the Eulerian grid-based three-dimensional water quality models because the characteristics of species are assumed uniform in each of the grid cells and chemical species are represented by concentration (mass per volume). The objective of this study was to examine the effect of grid-size of a three dimensional hydrodynamic and water quality model (EFDC) on hydrodynamics and mass transport in the Saemangeum Reservoir. Three grid resolutions, respectively representing coarse (CG), medium (MG), and fine (FG) grid cell sizes, were used for a sensitivity analysis. The simulation results of numerical tracer showed that the grid resolution affects on the flow path, mass transport, and mixing zone of upstream inflow, and results in a bias of temporal and spatial distribution of the tracer. With the CG, in particular, the model overestimates diffusion in the mixing zone, and fails to identify the gradient of concentrations between the inflow and the ambient water.
A three-dimensional thermal hydrodynamic model is developed for carrying out unsteady simulation of the selective withdrawal of the stably stratified flow in a geometrically complex, natural reservoir The governing equations are discretized on a non-staggered grid using a second-order accurate, finite-volume scheme. The numerical model is validated by applying it to simulate three-dimensional, turbulent, stratified, shear-layer flow case. The numerical predictions appear to capture reasonably well the general shape of velocity and temperature profiles observed in the laboratory experiments, while significant overestimation of the magnitude of velocity profiles is observed in the application to the flow in a natural reservoir. The physics of selective withdrawal as emerge from the numerical simulations are also discussed.
In order to control of water quality in Jeju harbor, variation of physical oceanographic environments was estimated using material cycle model. It is composed of the three-dimensional hydrodynamic model for the simulation at water flow and material cycle model for the simulation of water quality. The three dimensional hydrodynamic model simulation of the circulation and mixing in Jeju Harbor has been conducted forced by Sanzi River Discharge, Tidal elevation, wind and Solar heat in case of August and November, 2000 and February and May, 2001, respectively. The results of numerical model and observation show that the model can produce realistic results of current in the harbor. The monthly variation of velocity pattern are not so much changed are found In Jeju Harbor. The residual current was forced by temperature, salinity, density, wind and tidal current. The residual current of August, 2000 are the strongest among four month. It can be explained that the density effect can be important role in residual current at Jeju Harbor. As the results of salinity distribution simulation, very low concentration of all levels were simulated in August, 2000. The flowrate of Sanzi river was investigated 77,760 ㎥ /d in August, 2000. Therefore, pollutant loadings from Sanzi river should be considered for water quality management in Jeiu harbor.
A three-dimensional (3D) unstructured hydrodynamic solver for transient two-phase flows has been developed for a 3D component of a nuclear system code and a component-scale analysis tool. A two-fluid three-field model is used for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, an entrained liquid, and a vapour field. An unstructured grid is adopted for realistic simulations of the flows in a complicated geometry. The semi-implicit ICE (Implicit Continuous-fluid Eulerian) numerical scheme has been applied to the unstructured non-staggered grid. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations. The results show that the modified numerical scheme is robust and predicts the phase change and the flow transitions due to boiling and flashing very well.
Kim, J.;Park, I.K.;Cho, H.K.;Yoon, H.Y.;Jeong, J.J.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2007.10a
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pp.243-248
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2007
A three-dimensional (3D) unstructured hydrodynamic solver for transient two-phase flows has been developed. A two-fluid three-field model was adopted for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, an entrained liquid, and a vapour field. The hydrodynamic solver is for the 3D component of a nuclear system code and the component-scale analysis tools for transient two-phase flows. The finite volume method and unstructured grid are adopted, which are useful for the flows in a complicated geometry. The semi-implicit ICE (Implicit Continuous-fluid Eulerian) numerical scheme has been adapted to the unstructured non-staggered grid. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations. The results show that the numerical scheme is robust and predicts the phase change and the flow transitions due to boiling and flashing problems well.
This study simulated the flood inundations of the Nakdong River catchment running through Yangsan, a small city located in the south eastern area of Korea by using the depth averaged two-dimensional hydrodynamic numerical model. The numerical model employs the staggered grid system including moving boundary and a finite different method to solve the Saint-Venant equations. A second order upwind scheme is used to discretize the nonlinear convection terms of the momentum equations, whereas linear terms are discretized by a first order leap-frog scheme(Cho and Yoon, 1998). The numerical model was applied to a real topography to simulate the flood inundation of the Yangsan basin. The numerical results for urban district are visualized in three dimension. These results can be essentially utilized to construct the three dimensional inundation map after building the GIS-based database in local public organizations in order to protect the life and property safely.
In this study, a new numerical modeling system was proposed to predict oil spills, which increasingly occur at sea as a result of abnormal weather conditions such as global warming. The hydrodynamic conditions such as the flow velocity needed to calculate oil dispersion were estimated using a three dimensional hydrodynamic model based on the Navier-Stokes equation, which considered all of the physical variations in the vertical direction. This improved the accuracy compared to those estimated by the conventional shallow water equation. The advection-diffusion model for the spilled oil was combined with the hydrodynamic model to predict the movement and fate of the oil. The effects of absorption, weathering, and wind were also considered in the calculation process. The combined model developed in this study was then applied to various test cases to identify the characteristics of oil dispersion over time. It is expected that the developed model will help to establish initial response and disaster prevention plans in the event of a nearshore oil spill.
Park, Joong-Cheol;Yoon, Young-Ho;Shin, Moon-Seup;Manh, Dinh-Van
Journal of Korea Water Resources Association
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v.38
no.1
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pp.83-96
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2005
Three-dimensional hydrodynamic numerical simulation is carried out to investigate the effects of the coastal land reclamation on the marine hydrodynamics, environment and ecosystem. The changes of tide, tidal currents and residual currents, including tide-induced, wind driven and density driven components due to the construction of the sea dike system are simulated numerically The governing equations transformed into o-coordinates are solved by an implicit finite difference method. The numerical model is calibrated using the tide charts of 4 major tidal constituents, M$_2$, S$_2$, $K_1$ and $O_1$. The numerical solutions show that there are significant changes of residual currents, especially induced by both tidal and wind-driven currents.
A thee-dimensional hydrodynamic numerical model of Kyonggi Bay is described. Experiments have been performed with the model to determine the response of the bay to stationary wind stress fields suddenly imposed on the bay for wind directions of uniform NW, W and stresses of 10 dyne/$\textrm{cm}^2$ respectively. Features of the wond onduced three-dimensional current structure determined from the computation have been examined and discussed. M$\_$2/ tidal currents have also been which are dominant in the region. Some of preliminary results are preaented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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