International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.260-277
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2021
The appropriate radiation conditions of ship motion problem with advancing speed in frequency domain are investigated from a theoretical and practical point of view. From extensive numerical experiments that have been conducted for evaluation of the relevant radiation conditions, a hybrid radiation technique is proposed in which the Sommerfeld radiation condition and the free surface damping are mixed. Based on the comparison with the results of the translating and pulsating Green function method, the optimal damping factor of the hybrid radiation technique is selected, and the observed limitations of the proposed hybrid radiation technique are discussed, along with its accuracy obtained from the numerical solutions. Comparative studies of the forward-speed seakeeping prediction methods available confirm that the results of applying the hybrid radiation technique are relatively similar to those obtained from the translating and pulsating Green function method. This confirmation is made in comparisons with the results of solely applying either the free surface damping, or the Sommerfeld radiation condition. By applying the proposed hybrid radiation technique, the wave patterns, hydrodynamic coefficients, and motion responses of the Wigley III hull are finally calculated, and compared with those of model tests. It is found that, in comparison with the model test results, the three-dimensional Rankine source method adopting the proposed hybrid radiation technique is more robust in terms of accuracy and numerical stability, as well as in obtaining the forward speed seakeeping solution.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.6
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pp.3950-3960
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2014
In this study, the drag forces on a submerged square cylinder were analyzed using a three dimensional hydrodynamic model. The numerical results were compared with the experimental results to check the reliability of the numerical simulations, and the characteristics of the drag forces with the relative depths were analyzed by analyzing the pressure acting on the cylinder surface, which are normally difficult to measure experimentally. The numerical results showed that the drag forces acting on a submerged square cylinder originate mainly from the pressure forces, and component of the shear forces decreased with increasing relative depth. The pressure coefficient distributions showed that in the case of a low relative depth, a relatively high pressure was formed in the front of a cylinder, and a relatively low pressure was formed in the rear, which gives a high drag coefficient. In a high relative depth, the pressure in the front decreased and pressure in the rear increased, which is a similar phenomenon to that normally observed in two dimensional square cylinder flow. The effect of the static pressure was analyzed and the surface elevation difference between the front and rear zone of a cylinder has a limited effect on the drag forces. Finally, the numerical results showed that the drag forces acting on a submerged square are dominated by the dynamic pressure formed by three dimensional flow and the distribution of local surface elevation.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.3
no.3
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pp.3-12
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2000
The field surveys and the measurements of seawater temperatures were conducted every month from 1997 to 1999, and the distributions of seawater temperature were simulated and reproduced by a three dimensional hydrodynamic numerical model over the southern waters of Cheju island. In order to estimate the marine environmental capacity for the reception of the heat loads of cooling water discharged from Hwasoon Thermal Power Plant(HTPP) in the study area, the simulations for predicting the situation of unfavorable environment in which marine organisms might not be satisfied with change in seawater temperature were peformed using a three dimensional hydrodynamic numerical model by controlling quantitatively the heat loads of cooling water from HTPP Currently, HTPP discharges cooling water of 35.9℃ into the sea as much as 112,800m³/day in summer. As the results of simulations, the more the heat loads from the power plant increase, the more increase the seawater temperatures around the water areas adjacent to the power plant. In case the heat loads of cooling water from HTPP become about 5 times as high as the present loads, seawater temperatures at near-shore waters adjacent to HTPP appear to be increased to the extent of 0.5℃ above the existing seawater temperature in summer. The marine environmental capacity for the reception of thermal discharge from HTPP is estimated to be about 530×10/sup 6/kcal/day which is equivalent to the increase of a factor of 2 in the temperature of cooling water without any change in the discharge rate of cooling water or which is equivalent to the increase of a factor of 4.6 in the discharge rate of cooling water without any change in the temperature of cooling water. Comparing the case of the increase in the discharge rate of cooling water with the case of the increase in the temperature of cooling water on the basis of the same heat loads of 530×10/sup 6/kal/day, the former case is expected to increase seawater temperature a little higher and to extend the area affected by heat loads a little broader.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.4
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pp.9-18
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1987
The hydrodynamic radiation forces acting on a ship travelling in waves have been conventionally treated by strip theories or by direct three dimensional approaches, most of which have been formulated in frequency domain. If the forward speed of a ship varies with time, or if its path is not a straight line, conventional frequency domain analysis can no more be used, and for these cases time domain analysis may be used. In this paper, formulations are made in time domain with applications to some problems the results of which are known in frequency domain. And the results of both domains are compared to show the characteristics and validity of time domain solutions. The radiation forces acting on a three dimensional body within the framework of a linear theory. If the linearity of entire system is assumed, radiation forces due to arbitrary ship motions can be expressed by the convolution integral of the arbitrary motion velocity and the so called impulse response function. Numerical calculations are done for some bodies of simple shapes and Series-60[$C_B=0.7$] ship model. For all cases, integral equation techniques with transient Green's function are used, and velocity or acceleration potentials are obtained as the solution of the integral equations. In liner systems, time domain solutions are related with frequency domain solutions by Fourier transform. Therefore time domain solutions are Fourier transformed by suitable relations and the results are compared with various frequency domain solutions, which show good agreements.
So, Jae-Kwi;Jung, Kyung-Tae;Lee, Kwang-Soo;Seung, Young-Ho
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.4
no.2
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pp.91-107
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1992
A numerical formulation is developed to solve the linear three-dimensional hydrodynamic equations which describes wind induced flows in a homogeneous shelf sea. The hydmdynamic equations are at the outset separated into two systems. namely, an equation containing the gradient of sea surface elevation and the mean flow (external mode) and an equation describing the deviation from the mean flow (internal mode). The Galerkin method is then applied to the internal mode equation. The eigenvalues are determined from the eigenvalue problem involving the vertical eddy viscosity subject to a homogeneous boundary condition at the surface and a sheared boundary condition at the sea bed. The model is tested in a one-dimensional channel with uniform depth under a steady, uniform wind. The analytical velocity profile by Cooper and Pearce (1977) using a constant vertical eddy viscosity in channels of infinite and finite length is chosen as a benchmark solution. The model is also tested in a homogeneous, rectangular basin with constant depth under a steady, uniform wind field (the Heaps' Basin of the North Sea scale).
Kim, J.S.;Nam, B.W.;Park, S.;Kim, K.H.;Shin, S.H.;Hong, K.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2019.11a
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pp.150-152
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2019
In this study, the effects of the wave field changes due to the coastal structure on the hydrodynamic performance of the OWC wave energy, converter are analyzed using a three-dimensional numerical wave tank technique (NWT). The OWC device is simulated numerically by introducing a linear pressure drop model, considering the coupling effect between the turbine and the OWC chamber in the time domain. The flow distribution around the chamber is different due to the change of reflection characteristics depending on the consideration of the breakwater model. The wave energy captured from the breakwater is spatially distributed on the plane of the front of the breakwater, and the converted pneumatic power increased when concentrated in front of the chamber. The change of the standing wave distribution is repeated according to the relationship between the incident wavelength and the length of the breakwater, and the difference in energy conversion performance of the OWC was confirmed.
The three-dimensional ship motion with forward speed was solved by a finite element method in the time domain. A boundary value problem was described in the frame of a fixed-body reference, and the problem was formulated according to Double-Body and Neumann-Kelvin linearizations. Laplace's equation with boundary conditions was solved by a classical finite element method based on the weak formulation. Chebyshev filtering was used to get rid of an unwanted saw-tooth wave and a wave damping zone was adopted to impose a numerical radiation condition. The time marching of the free surface was performed by the 4th order Adams-Bashforth-Moulton method. Wigley I and Wigely III models were considered for numerical validation. The hydrodynamic coefficients and wave exciting forces were validated by a comparison with experimental data and the numerical results of the Wigley I. The effects of the linearization are also discussed. The motion RAO was also checked with a Wigley III model through mono-chromatic and multi-chromatic regular waves.
One of the most important factors that cause eutrophication is nutrient materials containing nitrogen and phosphorus which stem from excreation of terrestial sources and release from sediment. Therefore, to improve water quality, the reduction of these nutrients loads should be indispensible. At this study, the three-dimensional numerical hydrodynamic and ecosystem model, which was developed by Institute for Resources and Environment of Japan, were applied to analyze the processes affecting the eutrophication. The residual currents, which were obtained by integrating the simulated tidal currents over 1 tidal cycle, showed the presence of a typical counterclockwise eddies between Gyewha and Garyuk island. Density driven currents were generated westward at surface and eastward at the bottom in Saemankeum area where the fresh waters are flowing into, The ecosystem model was calibrated with the data surveyed in the field of the study area in annual average. The simulated results were fairly good coincided with the observed values within relative error of $30\%$. The simulations of DIN and DIP concentrations were performed using ecosystem model under the conditions of $40\~100\%$ pollution load reductions from pollution sources. In study area, concentration of DIN and DIP were reduced to $59\%$ and $28\%$ in case of the $80\%$ reduction of the input loads from fresh water respectively. But pollution loads from sediment had hardly affected DIN and DIP concentration, The $95\%$ input load abatement is necessary to meet the DIN and DIP concentration of second grade of ocean water quality criteria.
KIM, Jin-Ho;JUNG, Woo-Sung;HONG, Sok-Jin;LEE, Won-Chan;CHUNG, Yong-Hyun;KIM, Dong-Myung
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.28
no.4
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pp.1143-1151
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2016
To study the dispersion process and residence time of anthropogenic pollutant in Masan bay, a three-dimensional hydrodynamic model coupled to a particle tracking model, EFDC, is applied. Particle tracking model simulated the instantaneous release of particles emulating discharge from river and wastewater treatment plant to show the behaviour of pollutant in terms of water circulation and water exchange. Modelled outcomes for water circulation were in good agreement with tidal elevation and current data. The results of particle tracking model show that over half of particles released from northern Masan bay transport to out of area while the particles from Dukdong wastewater treatment plant transport to northern area. This meant pollution source from inside and outside of the northern area can affect water quality of northern Masan bay.
The inclination of seabed profile (sloped seabed) is one of the known topographic features which can be observed at different seabed level in the large offshore basin. A mooring system connected between the platform and global seabed is an integral part of the floating structure which tries to keep the floating platform settled in its own position against hostile sea environment. This paper deals with an investigation of the motion responses of an FPSO platform moored on the sloped seabed under the combined action of wave, wind and current loads. A three-dimensional panel discretization method has been used to model the floating body. To introduce the connection of multi-segmented non-linear elastic catenary mooring cables with the sloped seabed, a quasi-static composite catenary model is employed. The model and analysis have been completed by using hydrodynamic diffraction code AQWA. Validation of the numerical model has been successfully carried out with an experimental work published in the latest literature. The analysis procedure in this study has been followed time domain analysis. The study involves an objective oriented investigation on platform motions, in order to identify the effects of the slopped seabed, the action of the wave, wind and current loads and the presence of riser system. In the end, an effective analysis has been performed to identify a stable mooring model in demand of reducing structural responses of the FPSO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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