A series of soil bin experiment was carried out on sand to investigate if true model theory is applicable to blade-soil system and finally to find mathematical relationship between the dimensionless terms which contain the blade-soil parameters. The following conclusions were derived from the study. 1. It was proved that the draft of the prototype blade can be predicted without distortion by those of model blades with the length scale of 1.2, 2 and 2.4. 2. For the sand, bulk density was found to be a good measure of soil physical properties which are pertinent to predict the draft of the blade-soil system. 3. The mathematical relationship between $D/{\gamma}W$ and d/W, ${\beta}$, and $V^2/Wg$ are as follows ; $$\frac{D}{{\gamma}W^3}=124.98[\frac{d}{W}]^2+7.16[\frac{d}{W}]+0.43 \\ \frac{D}{{\gamma}W^3}=-0.00099{\beta}^2+0.13{\beta}-2.01 \\ \frac{D}{{\gamma}W^3}=0.041[\frac{V^2}{Wg}]^2+0.08[\frac{V^2}{Wg}]+1.3$$
A rotating blade of steam turbines is designed using blade design system. To minimize the design time. quasi three dimensional flow analysis code is adopted to calculate blade section. The blade section lies on a streamline determined by previous steam turbine design procedures. The blade design system makes a transform of streamline coordinates, (m, r$\theta$), to (m', $\theta$) coordinates and all design procedure except 3 dimensional stack-up is performed in the coordinates. Each designed blade section is stacked-up and whole 3 dimensional blade can be modified by correcting 2D section, repeatly. The full 3D numerial analysis for the one stage including designed rotating blade will be performed later
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.6
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pp.76-81
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2006
In this paper, profile error measurement method of a turbine blade using 3D-scanner is developed. The method begins with scanning the upper and lower sides of the blade on which three small balls are attached, and constructs a solid measurement model by registering the two scanned surfaces. Airfoils are derived from the model at each interval by intersecting it with a plane, and arranged with design airfoils. The $2^2$ factorial design search method is engaged in arranging the two airfoils, from which the main blade parameters including the edge radius are computed. The developed measurement technique is applied to practical blade manufacturing and validates its effectiveness.
The purpose of this 3-D numerical simulation is to calculate and examine the complex 3-D stall phenomena on the rotor blade and wake distribution of the wind turbine. The flow characteristics of 500kW Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) are compared with the calculated 3-D stall phenomena and wake distribution. We used the CFX-TASCflow to predict flow and power characteristics of the wind turbine. The CFD results are somewhat consistent with the BEM (Blade Element Momentum) results. And, the rotational speed becomes faster, the 3-D stall region becomes smaller. Moreover, the pressure distribution on the pressure side that directly gets the incoming wind grows high as it goes toward the tip of the blade. The pressure distribution on the blade's suction side tells us that the pressure becomes low in the leading edge of the airfoil as it moves from the hub to the tip. However, we are not able to precisely predict on the power coefficient of the rotor blade at the position of generating complex 3-D stall region.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yo-Han;Kim, Dong-Man;Kim, Yu-Sung;Hwang, Mi-Hyun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.68-75
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2009
In this study, aeroelastic response analyses have been conducted for a 3D wind turbine blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responsed of wind turbine blade. Vibration analyses of rotating wind-turbine blade have been conducted using the general nonlinear finite element program, SAMCEF (Ver.6.3). Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS)equations with spalart-allmaras turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating turbine blade model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D turbine blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Detailed dynamic responses and instantaneous Mach contour on the blade surfaces considering flow-separation effects are presented to show the multi-physical phenomenon of the rotating wind-turbine blade model.
Park, Young-Geun;Hwang, Jai-Hyuk;Kim, Seok-Woo;Jang, Moon-Seok;Bae, Jae-Sung
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.14
no.4
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pp.11-16
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2006
The wind turbine rotor blade is faced with various aeroelastic problem as rotor blades become bigger and lighter by the use the composite material. The aeroelastic analysis of a wind turbine rotor blade requires its aerodynamic model and structural model. For effective aeroelastic analysis, it is required the simple and effective structural model of the blade. In the present study, we introduce the effective equivalent structural modeling of the blade for aeroelastic analysis. The equivalent beam model of the composite blade based on its 3D finite element model is established. The free vibration analysis shows that the equivalent beam model of the blade is equivalent to its 3D finite element model.
Kim, B. S.;Kim, Y. T.;NAM, C. D.;Kim, J. G.;Lee, Y. H.
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2004.12a
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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.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.16
no.1
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pp.1-8
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2020
In this study, a new shape of wind turbine with horizontal axis has been proposed. The proposed wind turbine has two pairs of 3 tiltable blades which minimizes air resistance during the reverse rotational direction. Under a given wind speed, 3D numerical simulations on tiltable blades were performed for various TSRs(tip-speed-ratios). Four cases of rotational position was considered to analyze the torque and wind power generated on the blade surfaces. The results show that the maximum wind power occurs at the TSR of 0.2. Due to the blade tilting, the wind passes through the blade without air resistance at the reverse rotational direction. The torque is mainly caused by pressure differences between the front and rear surface of the blade, and it becomes maximum when the blade is located at the azimuth angle of 330°.
Numerical simulation was performed for the rotor blade with fixed tab in hover using an unstructured mesh Navier-Stokes flow solver. The inflow and outflow boundary conditions using 1D momentum and 3D sink theory were applied to reduce computational time. Calculations were performed at several operating conditions of varying collective pitch angle and fixed tab length. The aerodynamic effect of fixed tab length was investigated for hovering efficiency, pitching moment and flapping moment of the rotor blade. The results show that it affects linearly increasing on the pitching moment of the rotor blade but does not affect on the flapping moment. The required power is less than 45kw for ground rotating test in hover. Numerical simulations also show that the vortex generate not only from the tip of the rotor blade but also from the fixed tab on the rotor blade.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.3
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pp.261-268
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2011
Generally, modeling procedure of cross section of composite rotor blade is complicated and time-consuming, because it is made up of various stiffeners and multiple layers of composite materials. For efficient modeling of cross section of composite rotor blade, a modeling program so called KSec2D, which provides a user friendly GUI, is developed by using a 2D modeling algorithm based on set operation. By the developed program KSec2D, a modeling of complicated cross section of rotor blade is carried out. Through the demonstration, the usefulness of developed program in modeling procedure of cross section of composite rotor blade is verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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