Abstract
The characteristics of a helical turbine to be used for tidal stream energy conversion have been numerically studied with varying a few design parameters. The helical turbines were proposed aiming at mitgating the well known poor cut-in characteristics and the structural vibration caused by the fluctuating torque, and the basic concept is introducing some twisting angle of the vertical blade along the rotation axis of the turbine. Among many potential controling parameters, we focused, in this paper, on the twisting angle and the height to diameter ratio of the turbine, and, based on the numerical experiment, We tried to propose a configuration of such turbine for which better performance can be expected. The three-dimensional unsteady RANS equations were solved by using the commercial CFD software, FLUENT with k-${\omega}$ SST turbulence model, and the grid was generated by GAMBIT. It is shown that there are a range of the twisting angle producing better efficiency with less vibration and the minimum height to diameter ratio above which the efficiency does not improve considerably.
조류발전용 다리우스 터빈의 변형된 형태인 헬리컬 터빈의 설계 인자 변화에 따른 성능을 수치해석으로 살펴보았다. 헬리컬 터빈은 수직축 다리우스 터빈을 회전축을 중심으로 상부와 하부를 비틀리게 함으로써 다리우스 터빈의 일반적인 취약점인 초기구동불량과 진동문제를 개선하기 위해 고안된 형태이다. 본 논문에서는 헬리컬 터빈의 비틀림각(Twisting Angle)과 직경대비 높이를 변화시키며 수치해석을 수행하였고, 결과를 바탕으로 최적의 구조를 제안하였다. 3차원 비정상 난류유동해석을 위하여 FLUENT의 RANS방정식과 k-${\omega}$ SST 난류모델을, 격자계 모델링을 위하여 GAMBIT을 이용하였다. 헬리컬 터빈은 적절한 비틀림각에서 양호한 발전효율을 보장하면서 진동을 유발하는 회전력 변화의 진폭을 최소화 할 수 있음을 확인하였고, 효율의 최대가 확보되는 터빈의 최소 높이를 발견하였다.
