• 한국항공우주학회지
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• 제42권2호
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• pp.134-143
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• 2014

추운 기후에서 운영되는 풍력터빈 시스템의 표면에 발생한 결빙으로 인하여 공기역학적 성능이 크게 저하될 수 있다. 이러한 결빙은 양력감소 및 항력증가를 야기하고, 발전효율에 부정적인 영향을 미치게 된다. 이로 인하여 풍력발전기의 성능저하 또는 과부하, 무게중심의 변화에 따른 과도진동, 결빙파편이 지상으로 떨어질 경우의 안전성 문제, 계기의 결빙으로 인한 계기 측정오차, 최악의 경우 풍력 시스템 정지 등의 문제가 발생한다. 본 연구에서는 결빙증식이 풍력 발전기의 공력특성에 미치는 영향을 CFD 기법을 이용해 분석하였다. 또한 결빙증식 결과를 바탕으로 BEM 기법을 적용시켜 삼차원 블레이드에 대한 공력성능을 계산하였다. 결빙의 두께는 상대적인 속도차이에 의해 블레이드 중심에서 끝단으로 갈수록 증가함을 알 수 있었고, 공기의 속도가 결빙증식에 미치는 주요 인자임을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권6호
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• pp.695-700
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• 2010

가스터빈 날개를 덮고 있는 덮개판(Lock plate)의 재료 물성을 유도초음파를 이용하여 측정을 하였다. Lock plate는 가스터빈 발전소에서 아무 극한 환경에서 작동을 하는 부분 중 하나이다. 초음파 속도와 감쇠계수가 서로 다른 3가지 조건의 열처리상태의 재료 물성을 측정하는데 사용되었다. 일반적인 기계적 파괴 인장실험과 비교했을 때, 인코넬 x-750의 재료특성은 다른 열처리 조건에서 탄성계수와 포아슨비를 활용하여 비파괴적인 방법으로 더 효과적으로 알아냈다. 초음파 속도와 인코넬 x-750의 강도는 서로 비례관계에 있으며, 이러한 재료물성 측정은 여러 산업 분야에서 손상 측정에 활용될 수 있다. 또한 유도초음파 기법을 활용하여 장거리, 광범위한 진단으로 시간과 비용을 절감하는데 도움이 되리라 기대된다.

• 신재생에너지
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• 제8권1호
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• pp.44-51
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• 2012

Due to a high tidal range of up to 10 m on the west coast of Korea, numerous tidal current projects are being planned and constructed. The turbine, which initially converts the tidal energy, is an important component because it affects the efficiency of the entire system. Its performance is determined by design variables such as the number of blades, the shape of foils, and the size of a hub. To design a turbine that can extract the maximum power on the site, the depth and duration of current velocity with respect to direction should be considered. Verifying the performance of a designed turbine is important, and requires a circulating water channel (CWC) facility. A physical model for the performance test of the turbine should be carefully designed and compared to results from computational fluid dynamics (CFD) analysis. In this study, a horizontal axis tidal current turbine is designed based on the blade element theory. The proposed turbine's performance is evaluated using both CFD and a CWC experiment. The sealing system, power train, measuring devices, and generator are arranged in a nacelle, and the complete TCP system is demonstrated in a laboratory scale.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권3호
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• pp.278-286
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• 2006

Experiments were conducted to estimate the performance of drag force type vertical axis wind turbine with an opening-shutting rotor. It was operated by the difference in drag force generated on both sides of the blades. The rotational speed was measured by a tachometer in a wind tunnel and the tunnel wind speed was measured by using a pilot-static tube and a micro manometer. The performance test for a prototype was accomplished by calculating power, power coefficient, torque coefficient from the measurement of torque and rpm by a dynamometer controller. Various design parameters, such as the number of blades(B), blade aspect ratio(W/R), angle of blades$(\alpha)$ and drag coefficient acting on a blade, were considered for optimal conditions. At the experiment of miniature model, maximum efficiency was found at N=15, $\alpha=60^{\circ}$ and W/R=0.32. The measured test variables were power, torque, rotational speed, and wind speeds. The data presented are in the form of power and torque coefficients as a function of tip-speed ratio V/U. Maximum power was found in case of $\Omega=0.33$, when the power and torque coefficient were 0.14 and 0.37 respectively. Comparing model test with prototype test, similarity law by advance ratio for vertical axis wind turbine was confirmed.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2005년도 후기학술대회논문집
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• pp.168-169
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• 2005

The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) was developed by use of BEMT. The Prandtl's tip loss theory was adopted to consider the blade tip loss. The lift and the drag coefficient of S-809 airfoil were predicted via X-FOIL and also the post stall characteristics of S-809 were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the wind tunnel test results, performed by Sommers in Delft university of technology. The rated power of the testing rotor is 20kW(FIL-20) at design conditions. The experimental aerodynamic parameters and the X-FOIL data were used for the power prediction of the FIL-20 respectively. The comparison results shows good agreement in power prediction.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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• pp.447-450
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• 2002

The purpose of this 3-D numerical simulation is to calculate and examine a 500 kW Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) power performance and 3-D rotor flow characteristics, which are compared to calculation data from Delft University. The experimental approach, which has been the main method of investigation, appears to be reaching its limits, the cost increasing relate with the size of wind turbines. Hence, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Navier-Stokes solvers is considered a very serious contender. We has used the CFD software package CFX-TASCflow as a modeling tool to predict the power performance and 3-D flow characteristics of a wind turbine on the basis of its geometry and operating data. The wind turbine with 40m diameters rotor, it was scaled to compare with the calculation data from delft university. The HAWT, which has eight-rpm variations are investigated respectively. The pitch angle is $+0.5^{\circ}$and wind speed is fixed at 5m/s. The tip speed ratio (TSR) of the HAWT ranging from 2.89 to 9.63.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.397-400
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• 2011

소형 가스터빈 엔진에 장착 가능한 저압단 축류 압축기의 공력성능 및 구조적 안정성을 동시에 고려한 최적화 설계를 수행하였다. 근사모델을 구축하여 유전알고리즘을 이용하여 전역 최적화 해를 도출하였다. 최적 설계된 압축기의 동익단은 Hub쪽에서 날개의 부하가 커지되, Tip쪽에서 입사각이 0에 가깝게 설계되었다. 한편 동익의 형상은 허브쪽에서 사다리꼴 모양으로 수렴이 되어 구조적 안정성을 확보하도록 설계가 되었다. 최종적인 수치해석 결과 작동점에서 동익단의 효율은 87.6%이며 구조적 안정성을 나타내는 안전계수는 3이상을 확보하였다.

• 에너지공학
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• 제11권2호
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• pp.114-121
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• 2002

가압유동층 화력발전소 운전시, 석탄 및 황산화물 흡착제 내에 존재하는 알칼리금속 성분들은 유동층 연소기 출구에서 입자나 증기 형태로 배출된다 이러한 알칼리 성분은 분진제거장치에 의해 제거될 수 있으나, 대부분의 분진 제거장치는 고온, 고압을 유지하지 못하므로 전체 발전효율이 떨어지게 된다. 또한 증기상으로 존재하는 알칼리금속 성분은 터빈날개 부식의 시발점이 되며, 그 배출정도는 석탄 및 흡착제에 포함된 광물의 특성과 조성 및 가압유동층 운전조건에 따라 달라지며 그 농도는 수십 ppm 정도인 것으로 알려져 있다. 반면 가스터빈에 유입되는 연소가스중의 알칼리금속 농도 허용치는 오일 및 석탄 연소의 경우에 50 ppb 이하로 설정되어 있다. 그러므로, 석탄의 유동층연소 및 가스화 과정에서 발생되는 알칼리금속 증기는 고체상의 흡착제를 사용하여 제거하여야만 가스터빈 부식 문제를 해결하고 전체 플랜트 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 보크사이트, 고령토 및 석회석 흡착제들을 가압 알칼리증기 제거반응기 조건에 알맞도록 실린더 형태의 펠렛으로 성형 및 제조하여 실첨에 사용하였다. 연구결과에 의하면, 보크사이트가 가장 우수한 흡착제로 판단되며 고령토, 석회석 순서로 알칼리 흡착능을 보여 주었으며, 흡착제와 알칼리증기 흡착률은 반응온도, 펠렛의 다공도, 및 반응가스 중 알칼리 농도와 밀접한 관계를 보여 주었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권3호
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• pp.23-30
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• 2003

본 연구는 풍력발전 시스템에 관련된 IEC61400-1 국제규격 및 GL규격에 정의된 다양한 하중조건을 고려하였고, 이러한 하중들을 효과적으로 견딜 수 있는 특별한 복합재 구조형상을 제안하였다. 복합재 풍력터빈 블레이드 주고에 대한 평가를 위해 유한요소 구조해석을 수행하였다. 구조설꼐에서는 파라미터 분석 연구를 통해 블레이드 구조형상을 결정하였고, 대부분의 주요 설꼐 피라미터를 결정하였다. FEM을 이용한 응력해석결과를 검토하여 설계된 블레이드 구조는 어떠한 하중조건에 대해서도 안전함을 확인하였다. 뿐만 아니라, 본 연구에 의해 새롭게 고안된 삽입볼트를 사용한 허브 연결부의의 설계하중과 피로하중에 대한 안전성을 검토하였으며, 잘 알려진 S-N 선형 손상 이론, 하중 스펙트럼 및 Spera의 실험식에 의해 20년 이상의 피로수명을 갖도록 하였다. 몇 개의 집중하중으로 모사된 공력하중에 대한 실물 정적구조시험을 수행하였으며, 실험결과로부터 설계된 블레이드는 구조적으로 안전함을 확인하였다. 더욱이, 변위 및 응력, 중량, 무게중심 증의 측정된 결과는 해석결과와 일치함을 확인하였으며, 연구된 블레이드는 독일의 국제적 인증기관인 GL사의 인증을 획득하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.983-990
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• 2014

본 연구에서는 등온 벽에서 가까이에 위치한 유동과 같이 온도 구배가 큰 곳에서 발생하는 전도오차를 줄이기 위해 새로운 열전대의 형상 설계 및 제작 방법을 제안하고자 한다. 전도오차를 줄이기 위하여 지름이 $79.9{\mu}m$인 열전대를 이용했으며, 아크 용접을 통해 제작된 상대적으로 접점이 큰 일반 열전대와 다른 butt-welded 열전대를 제작하기 위하여 용접용 5 축 장비가 고안됐다. 열전대의 단면을 맞닿게 하여 용접해 접합부위 크기를 최소화 했다. 온도 보정 실험을 통하여, 일반적인 형상의 열전대와 이 연구에서 제안하는 열전대의 온도 측정 결과가 동일함을 알 수 있었다. 접합부가 $79.9{\mu}m$ 지름을 가지는 butt-welded 열전대를 온도 경계층에 침투시켜서 전도에 의한 오차를 최소화하여 급격히 변하는 온도 경계층의 온도를 효과적으로 측정할 수 있게 되었다. 개발된 센서를 이용하여 선형 터빈 날개가 장착된 풍동에서 온도 경계층을 측정하였고, 측정된 결과를 Nusselt 수로 나타내었다.