Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.5
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pp.561-568
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2020
A performance analysis was conducted according to changes in inflow velocity and the tip speed ratio of a portable horizontal-axis hydro turbine that can be used for marine leisure sports and outdoor activities by using the commercial computational fluid dynamics software ANSYS CFX. By using the analysis result and flow field analysis, the design was reviewed and the performance of the device was confirmed. In addition, data necessary to improve the performance of the hydro turbine were acquired by performing an additional performance analysis according to the variable blade pitch angle. The results among the numerical analysis cases show that the highest performance at all inflow velocities and blade pitch angles if achieved at a tip speed ratio of 4. The output power was found to be 30 W even under some conditions below the design flow rate. Among the numerical analysis cases, the highest output power (~ 85 W) and power coefficient (~ 0.30) were observed at an inlet flow rate of 1.5 m/s, a blade pitch angle of 3°, and a tip speed ratio of 4.
본 논문에서는 조류발전 시스템의 시험을 위한 시뮬레이터를 구현하였다. 조류발전 시뮬레이터 모델은 회전자 모델, MPPT 알고리즘, 발전기 등을 포함하고 있으며 Matlab Simulink를 이용해 구현했다. 제안한 조류 발전용 시뮬레이터를 이용해 조류발전에서 주속비(Tip Speed Ratio) 제어방식의 출력 특성에 대한 시뮬레이션을 수행하여 그 타당성을 분석하였다.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.20
no.5
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pp.586-592
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2014
This study looks at the design of a 100 kW blade geometry for a horizontal marine current turbine using the Blade Element Momentum Theory (BEMT) and by using (CFD), the power output, performance and characteristics of the the fluid flow over the blade is estimated. Three basic airfoils; FFA-W3-301, DU-93-W210 and NACA-63418, are used along the blade span and The distribution of the chord length and twist angles along the blade are obtained from the hydrodynamic optimization procedure. The power coefficient curve shows maximum peak at the rated tip speed ratio of 5.17, and the maximum power reaches about 101.82 kW at the power coefficient of 0.495.
Aerodynamic torque of wind turbine has nonlinear properties. Nonlinearity of aerodynamic torque is very important in wind turbine in the aspect of control. The traditional torque control method using optimal mode gain has been applied in many wind turbines but its response is slower as wind turbine size is larger. In this paper, a torque control method using a nonlinear parameter of rotor speed among nonlinear properties of aerodynamic torque. Simulink model is implemented to obtain the nonlinear parameter of rotor speed and numerical simulations for a 2MW wind turbine are carried out and simulation results for the traditional and proposed torque control methods are compared.
Flow patterns around a rotating circular cylinder having square dimpled surface were visualized by the hydrogen bubble technique at velocity ratios from a=0 to 4.8 and Reynolds number of $Re=1.0{\times}10^{4}$. The wake region of the cylinder was reduced as the velocity ratios increase and was smaller than that of the smooth cylinder without dimples at the same velocity ratio. The hydrodynamic characteristics on the cylinder was investigated by measuring of lift and drag at velocity ratios from a=0 to 4.1 and Reynolds number from $Re=1.2{\times}10^{4}$ to $Re=2.0{\times}10^{4}$. As the velocity ratios increase, the average lift and drag coefficients were increased and at the same velocity ratio, the average lift was larger but the average drag was smaller than that of the smooth cylinder.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.4
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pp.486-492
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2004
Flow patterns around a rotating circular cylinder having square dimpled surface were visualized by the hydrogen bubble technique at velocity ratios from a=0 to 4.8 and Reynolds number of Re=1.0${\times}$10$^4$. The wake region of the cylinder was reduced as the velocity ratios increase and was smaller than that of the smooth cylinder without dimples at the same velocity ratio. The hydrodynamic characteristics on the cylinder was investigated by measuring of lift and drag at velocity ratios from a=0 to 4.1 and Reynolds number from Re=1.2${\times}$10$^4$ to Re=2.0${\times}$10$^4$. As the velocity ratios increase, the average lift and drag coefficients were increased and at the same velocity ratio, the average lift was larger but the average drag was smaller than that of the smooth cylinder.
This study is to develop a 1kW-class small wind turbine blade which will be applicable to relatively low speed regions. For this blade, a high efficiency wind turbine blade is designed and a light and low cost composite structure blade is adopted considering fatigue life. In this study, shape design of 1kW-class small wind turbine blade for hybrid power generation system is carried out by BEMT(blade element momentum theory). X-FOIL open software was used to acquire lift and drag coefficients of the 2D airfoils used in power prediction procedure. Moreover, pressure and velocity distributions are investigated according to TSR by CFD analysis.
Small-scale motor-generator sets have been used in laboratories for verification of real large wind turbines whose rated power are more than 1 MW. In this paper, a result of designing a small-scale motor-generator system, which is composed of motor, gear box, flywheel, and generator, is presented in the aspect of speed response. Design objective is to make a small-scale motor-generator system have the same time constant and optimal tip speed ratio region as a real MW wind turbine. A small-scale 3.5 kW motor-generator system for emulating response of a 2 MW wind turbine is considered and designed.
Kim, Chang-Ha;Ku, Hyun-Keun;Choi, Sung-Uk;Kim, Jang-Mok
Proceedings of the KIPE Conference
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2014.07a
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pp.472-473
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2014
본 논문에서는 직렬운전 소형풍력발전시스템의 해석 방법과 최대 파워를 추종하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking)기법을 제안한다. 소형풍력 발전시스템은 개별 발전기에서 생성되는 역기전력이 낮아 배터리 충전과 같은 독립적인 부하에 전원을 공급하는 용도로 쓰이나 발전기를 N개 직렬연결하면 계통연계가 가능하다. 일반적인 풍력발전 시스템에서의 블레이드 출력은 출력 계수($C_p$) 곡선의 형태에 의해서 결정되고, 출력계수 곡선은 주속비(${\lambda}$)의 함수로 표현된다. N개의 발전기를 직렬연결 하는 경우 각기 다른 풍속에 대하여 출력파워 해석이 곤란하므로, 직렬 운전 시 발전기토크를 기준으로 한 해석과 이에 적합한 MPPT 방법을 제안한다.
본 개발에서의 해상용 풍력발전기는 크게 허브와 블레이드를 합한 상부 구조물, 전기 발전기와 연결 조인트의 중간구조물, 각종 제어 장치가 들어있는 제어박스로 나누어진다. 상부 구조물은 Circular Hub 타입의 Darrieus 형상으로 양력(lift)을 이용한 회전력이 발생하며, Circular Hub 타입은 기존의 허브와 블레이드를 연결하여주는 암(arm)에 의해 유발되는 항력토크를 최소화 하기 위한 신개념 형상설계가 이루어 졌으며, 저속에서 우수한 회전특성을 가진다. 이는 바람을 받아 기계적 에너지로 전환 하는 역할을 하며, 풍력발전기의 성능에 직접적인 영향을 미친다. 중간구조물의 전기발전기는, 상부에서 발생된 기계적 에너지를 이용하여 전기적 에너지로 전환 하는 역할을 수행한다. 이렇게 전환된 전기적 에너지는 하부의 제어박스를 거쳐서 해상용 부이(buoy)의 하단에 위치한 베터리 뱅크로 전달, 저장되어 부이에서 쓰이는 전력을 충당하게 된다. 한편 본 개발은 풍력발전기의 공력하중 해석과 로터블레이드의 설계, 풍력발전기의 구조, 진동해석, MPPT 제어컨트롤러와 Breaking controller, 풍동 및 차량시험을 통한 성능평가 및 분석 등의 순으로 개발을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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