• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.182.1-182.1
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• 2010

현재 전 세계적으로 가장 널리 개발하고 보급되어지고 있는 풍력산업의 시장 규모는 매년 확대되고 있다. 특히 소형 풍력발전 시스템은 낙도 등의 전력 공급이 어려운 지역에 경제성 있는 전력 보급을 가능하게 한다. 국내의 미전화 지역과 일반 가정에서 풍력 에너지 자원을 적극 활용 개발하기 위해서 보다 우수한 성능의 풍력발전기용 블레이드를 설계하고자, 공기역학적인 최적설계에 대해 연구함으로써 추후 보급형 풍력발전 시스템의 개발에 필요한 설계 기술을 확립하고자한다. 본 연구는 설계된 블레이드의 유동해석 및 성능예측을 위하여 경제적으로 많은 지원이 필요한 대규모 풍동실험이 아닌 상용 CFD를 사용하여 보다 효율적으로 우수한 성능을 가지는 풍력 터빈을 설계함에 있다. Reynolds Averaged Navier-Stokes 방정식에 기반을 둔 CFD의 경우 이론적으로 명확한 해석이 가능하고, 실제 터빈의 운전 환경과 동일한 다양한 물리적 변수를 입력 데이터로서 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 풍력 터빈의 설계 과정에서 반영된 미소한 블레이드 형상변화 및 운전 조건의 변화에 따른 유동장의 변화 및 풍력터빈 성능을 정확히 예측할 수 있는 장점을 가지고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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• pp.244-252
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• 2005

석유 및 석탄 에너지의 고갈에 대비해 향후 지속 가능한 대체 에너지원으로 세계 각국은 다양한 에너지원의 개발에 총력을 기울이고 있으며, 그 중의 하나가 풍력 발전 시스템이다. 이러한 풍력 발전 시스템은 현재 단위 시간당의 출력 효율이 높은 MW급 시스템 개발이 주를 이루고 있어 단위 출력당 에너지 생산 비용이 높은 도서 벽지 및 독립 전원 지역용의 풍력 발전 시스템의 개발이 절실하다. 이에 본 과제에서는 향후 도서 벽지 및 독립 전원 지역에 활용 될 수 있는 100kW급 풍력 발전 시스템 개발 과정중 개념 설계 및 기본 설계 과정을 기술 하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권4호
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• pp.289-309
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• 2014

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로써 풍력발전시스템의 출력성능, 에너지변환효율, 하중 및 동적 안정성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 주요부품으로 분류된다. 따라서 최적의 블레이드 설계결과를 얻기 위해서는 시스템 특성이 고려된 공력-구조 통합설계가 중요하다. 본 연구에서는 풍력터빈 시스템과의 상호작용이 고려된 블레이드 설계절차를 제안하였고, 2 MW 급 블레이드(KR40.1b)의 공력-구조 통합 설계결과를 제시하였다. 또한 전술한 바와 같이 로터 블레이드에 작용하는 극한하중 및 피로하중은 시스템 운전조건에 따라 가변적이므로 시스템통합하중해석을 위한 2 MW 풍력발전시스템 모델링을 수행하였으며, IEC 61400-1 및 (사)한국선급의 풍력발전기술기준에 따라 수행된 하중해석결과를 제시하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권5호
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• pp.465-475
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• 2012

본 연구는 두 가지 목표를 가지고 수행하였다. 하나는 수치해석과 Design-FOIL Pro.를 이용해 블레이드 에어포일 모델개발이고, 다른 하나는 이 모델을 Folding blade에 적용하는 것이다. 일반적으로 1MW이상 대형풍력터빈용 블레이드는 강풍시에 피칭제어로 풍향에 대해서 평형상태를 유지하여 로터를 회전시키지 않는 방법으로 블레이드의 손상을 방지 하였지만, 소형풍력터빈용 블레이드는 설비비, 유지비등 경제성을 이유로 피칭제어를 채택하지 않아 블레이드의 파손 문제가 심각하다. 그래서 본 연구에서는 유지보수가 필요 없고 강풍에서도 파손이 없는 Spring pack을 이용한 로터를 직접설계(Direct-Design) 방법으로 설계하여, 그 성능을 검증 하고 변화 풍속에 맞는 폴딩각을 이용해 강풍시에도 Wind turbine이 Cut-out 없이 계속발전을 유지할 수 있도록 하는 점에 집중 연구하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.444-447
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• 2009

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 aerodynamic characteristics of NACA 63415 airfoils were predicted via X-FOIL and the post stall characteristics were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the Velux wind tunnel test results. The rated power of the testing rotor is 5kW at design conditions. The power, estimated by use of predicted lift and drag coefficient via X-FOIL becomes a little higher than experimental one.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제31권4호
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• pp.356-362
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• 2007

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 aerodynamic characteristics of NACA 63-415 airfoils were predicted via X-FOIL and the post stall characteristics were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the Velux wind tunnel test results. The rated power of the testing rotor is 1 kW at design conditions. The power, estimated by use of predicted lift and drag coefficient via X-FOIL becomes a little higher than experimental one.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.516-520
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• 2009

This study describes aerodynamic characteristics for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) rotor blade using general CFD(Computational Fluid Dynamics) code. The boundary conditions for analysis are validated with the experimental result by the NREL (National Renewable Energy Laboratory)/NASA Ames wind tunnel test for S809 airfoil. In the case of wind turbine rotor blade, complex phenomena are appeared such as flow separation and re-attachment. Those are handled by using a commercial flow analysis tool. The 2-equation k-$\omega$ SST turbulence model and transition model appear to be well suited for the prediction. The 3-dimensional phenomena in the HAWT rotor blade is simulated by a commercial 3-D aerodynamic analysis tool. Tip vortex geometry and Radial direction flows along the blade are checked by the analysis.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.492-492
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• 2009

Nowadays in Republic of Korea, there is no distinct reference for the related design technology of rotor blade of wind turbine. Therefore the optimum design and evaluation of performance is carried out with foreign commercial code softwares. This paper shows in-house code software that evaluates the aerodynamic design of wind turbine rotor blade using blade element-momentum theory (BEMT) and processes that is applied through various aerodynamics theories such as momentum theory, blade element theory, prandtl's tip loss theory and strip theory. This paper presents the results of the numerical analysis such as distribution of aerodynamic properties and performance curves using in-house code POSEIDON.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.661-668
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• 2015

본 연구에서는 풍력발전분야의 블레이드 공력설계 및 성능해석에 적용되고 있는 날개요소운동량이론을 이용한 조류터빈 블레이드 형상설계 방법론을 제시하였으며, S814 단일 에어포일로 구성된 2 블레이드 형식의 1MW급 수평축 블레이드 형상설계 결과를 제시하였다. 조류터빈 블레이드는 해양환경에서 운전되는 특성 상 블레이드 팁 근방에서 캐비테이션 발생으로 인한 문제가 상존하므로, 설계초기단계에서 신중히 고려되어야 한다. 본 연구를 통해 설계된 1MW 조류터빈 블레이드의 유동특성분석 및 출력성능해석을 위해 캐비테이션 모델이 고려된 CFD 해석을 수행하였으며, 블레이드 팁 근방 흡입 면 및 압력 면에서 캐비테이션이 발생하고 있음을 확인하였다. 최대 출력계수는 설계 주속비 7의 조건에서 47%로 나타났다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2004년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.396-401
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• 2004

In this paper, a 1MW HAWT(FIL-1000) rotor blade has been designed by BEMT(Blade Element Momentum Theory) with Prandtl's tip loss. Also, a 3-D flow and performance analysis on the FIL-1000 rotor blade has been carried out by using the 3-D Navier-Stokes commercial solver (CFX-5.7) to provide more efficient design techniques to the large-scale HAWT engineers. The rated power and itsapproaching wind velocity at design point (TSR=7.5) are 1MW and 9.99m/s respectively. The rotor diameter is 54.5m and the rotating speed is 26.28rpm. Airfoils such as FFA W-301, DU91-W-250, DU93-W-210, NACA 63418, NACA 63415 consist of the rotor blade from hub to tip. Recent CFX version, 5.7 was adopted to simulate 3-D flow field and to analyze the performance characteristics of the rotor blade. Entire mesh node number is about 730,000 and it is generated by ICEM-CFD to achieve better mesh quality The predicted maximum power occurringat the design tip speed ratio is 931.45kW. Approaching to the root, the inflow angle becomes large, which causesthe blade to be stalled in the region. Therefore, k-$\omega$ SST turbulence model was used to predict the quantitative flow information more accurately. Application of commercial CFD code to optimum blade design and performance analysis was proved to be more effective environment to HAWT blade designers.