The spanwise aerodynamic loads of the wind turbine blade are investigated numerically. The blade shape such as twist and chord length along the blade span is obtained from the procedure of aerodynamically optimal design. The rated tip speed ratio and the rated wind velocity are set to 7 and 12m/s respectively. The BEM method is applied to obtain both the aerodynamic performance of the wind turbine (Fig.1) and the spanwise aerodynamic loads along the blade span including Prandtl's tip loss factor. The maximum running power coefficient is occurred around 90% radial position from hub (Fig.2). The distributed aerodynamic loads along the blade span can be used for structure analysis.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2003.10a
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pp.1-5
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2003
This paper deals with dynamic instability of slender rocket-propelled flying bodies, such as launch vehicle and advances missiles subjected to aerodynamic loads and an end rocket thrust. A flying body is simplified into a uniform free-free beam subjected to an end follower thrust. Two types of aerodynamic loads are assumed in the stability analysis. Firstly, it is assumed that two concentrated aerodynamic loads act on the flying body at its nose and tail. Secondly, to take account of effect of unsteady flow due to motion of a flexible flying body, aerodynamic load is estimated by the slender body approximation. Extended Hamilton's principle is applied to the considered beam for deriving the equation of motion. Application of FEM yields standardeigen-value problem. Dynamic stability of the beam is determined by the sign of the real part of the complex eigen-values. If aerodynamic loads are concentrated loads that act on the flying body at its nose and tail, the flutter thrust decreases by about 10% in comparison with the flutter thrust of free-free beam subjected only to an end follower thrust. If aerodynamic loads are distributed along the longitudinal axis of the flying body, the flutter thrust decreases by about 70% in comparison with the flutter thrust of free-free beam under an end follower thrust. It is found that the flutter thrust is reduced considerably if the aerodynamic loads are taken into account in addition to an end rocket thrust in the stability analysis of slender rocket-propelled flying bodies.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.1
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pp.43-51
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2015
This paper presents effect of aerodynamic loads on mooring line responses of a floating offshore wind turbine. A Matlab code based on blade element momentum (BEM) theory is developed to consider aerodynamic loads acting on NREL 5MW wind turbine. The aerodynamic loads are coupled with time-domain hydrodynamic analyses using one-way interaction scheme of the wave and wind loads. A semi-submersible floating platform which is from Offshore Code Comparison Collaborative Continuation(OC4) DeepCWind platform is used with catenary mooring lines simply composed of studless chain links. Average values of mooring peak tensions obtained from aerodynamic load consideration are significantly increased compared to those from simple wind drag force consideration. Consideration of aerodynamic loads also yield larger tension ranges which can be important factor to reduce fatigue life of the mooring lines.
An effective method to calculate aerodynamic loads and aeroelastic responses of large wind turbine tower-blade coupled structures in yaw condition is proposed. By a case study on a 5 MW large wind turbine, the finite element model of the wind turbine tower-blade coupled structure is established to obtain the modal information. The harmonic superposition method and modified blade-element momentum theory are used to calculate aerodynamic loads in yaw condition, in which the wind shear, tower shadow, tower-blade modal and aerodynamic interactions, and rotational effects are fully taken into account. The mode superposition method is used to calculate kinetic equation of wind turbine tower-blade coupled structure in time domain. The induced velocity and dynamic loads are updated through iterative loop, and the aeroelastic responses of large wind turbine tower-blade coupled system are then obtained. For completeness, the yaw effect and aeroelastic effect on aerodynamic loads and wind-induced responses are discussed in detail based on the calculating results.
When railway vehicles run by towers of long span bridges, the railway vehicles might experience a sudden load-off and load-on phenomenon in crosswind conditions. To ensure the running safety of the railway vehicles and the running comfort of the passengers, some studies were carried out to investigate the impacts of sudden changes of aerodynamic loads on moving railway vehicles. In the present study, the aerodynamic coefficients which were measured in wind tunnel tests using a moving train model are converted into the aerodynamic coefficients in the actual scale. The three-component aerodynamic loads are calculated based on the aerodynamic coefficients with consideration of the vehicle movement. A three-dimensional railway vehicle model is set up using the multibody dynamic theory, and the aerodynamic loads are treated as the inputs of excitation varied with time for kinetic simulations of the railway vehicle. Thus the dynamic responses of the railway vehicle passing by the bridge tower can be obtained from the kinetic simulations in the time domain. The effects of the mean wind speeds and the rail track positions on the running performance of the railway vehicle are discussed. The three-component aerodynamic loads on the railway vehicle are found to experience significant sudden changes when the vehicle passes by the bridge tower. Correspondingly, such sudden changes of aerodynamic loads have a large impact on the dynamic performance of the running railway vehicle. The dynamic responses of the railway vehicle have great fluctuations and significant sudden changes, which is adverse to the running safety and comfort of the railway vehicle passing by the bridge tower in crosswind conditions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.2
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pp.157-166
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2016
Aerodynamic loads for a horizontal axis wind turbine of the National Renewable Energy Laboratory (NREL) Phase VI rotor in yawed condition were predicted by using the blade element momentum theorem. The classical blade element momentum theorem was complemented by several aerodynamic corrections and models including the Pitt and Peters' yaw correction, Buhl's wake correction, Prandtl's tip loss model, Du and Selig's three-dimensional (3-D) stall delay model, etc. Changes of the aerodynamic loads according to the azimuth angle acting on the span-wise location of the NREL Phase VI blade were compared with the experimental data with various yaw angles and inflow speeds. The computational flow chart for the classical blade element momentum theorem was adequately modified to accurately calculate the combined functions of additional corrections and models stated above. A successive under-relaxation technique was developed and applied to prevent possible failure during the iteration process. Changes of the angle of attack according to the azimuth angle at the specified radial location of the blade were also obtained. The proposed numerical procedure was verified, and the predicted data of aerodynamic loads for the NREL Phase VI rotor bears an extremely close resemblance to those of the experimental data.
The vehicle-induced aerodynamic loads bring vibrations to some of the highway sound barriers, for they are designed in consideration of natural wind loads only. As references to the previous field experiment, the vehicle-induced aerodynamic loads is investigated by numerical and theoretical methodologies. The numerical results are compared to the experimental one and proved to be available. By analyzing the flow field achieved in the numerical simulation, the potential flow is proved to be the main source of both head and wake impact, so the theoretical model is also validated. The results from the two methodologies show that the shorter vehicle length would produce larger negative pressure peak as the head impact and wake impact overlapping with each other, and together with the fast speed, it would lead to a wake without vortex shedding, which makes the potential hypothesis more accurate. It also proves the expectation in vehicle-induced aerodynamic loads on Highway Sound Barriers Part1: Field Experiment, that max/min pressure is proportional to the square of vehicle speed and inverse square of separation distance.
The vehicle-induced aerodynamic loads bring vibrations to some of the highway sound barriers, for they are designed in consideration of natural wind loads only. A field experiment is carried out with respect to three important factors: vehicle type, vehicle speed and the vehicle-barrier separation distance. Based on the results, the time-history of pressures is given, showing identical characteristics in all cases. Therefore, the vehicle-induced aerodynamic loads acting on the highway sound barrier are summarized as the combination of "head impact" and "wake impact". The head impact appears to have potential features, while the wake impact is influenced by the rotational flow. Then parameters in the experiment are analyzed, showing that the head impact varies with vehicle speed, vehicle-barrier separation distance, vehicle shape and cross-sectional area, while the wake impact is mainly about vehicle-barrier separation distance and vehicle length.
Several frameworks for the dynamic analysis of wind-vehicle-bridge systems were presented in the past decade to study the safety or ride comfort of road vehicles as they pass through bridges under crosswinds. The wind loads on the vehicles were generally formed based on the aerodynamic parameters of the stationary vehicles on the ground, and the wind loads for the pure bridge decks without the effects of road vehicles. And very few studies were carried out to explore the dynamic effects of the aerodynamic interference between road vehicles and bridge decks, particularly for the moving road vehicles. In this study, the aerodynamic parameters for both the moving road vehicle and the deck considering the mutually-affected aerodynamic effects are formulized firstly. And the corresponding wind loads on the road vehicle-bridge system are obtained. Then a refined analytical framework of the WVB system incorporating the resultant wind loads, a driver model, and the road roughness in plane to fully consider the lateral motion of the road vehicle under crosswinds is proposed. It is shown that obvious lateral and yaw motions of the road vehicle occur. For the selected single road vehicle passing a long span bridge, slight effects are caused by the aerodynamic interference between the moving vehicle and deck on the dynamic responses of the system.
A series of wind tunnel tests were conducted on tapered super high-rise buildings with a square cross section by applying synchronous pressure measurement technology. The effects of global strategy of chamfered modification on aerodynamic loads and wind-induced responses were investigated. Moreover, local aerodynamic strategies of opening a ventilation slot in the corner of equipment and refuge floors were carried out. Results show that the global strategy of tapered elevation increased the vortex shedding frequency, but reduced vortex shedding energy, leading to reduction of across-wind aerodynamic loads and responses. Chamfered modification suppressed the across-wind vortex shedding effect on tapered buildings. Opening the ventilation slot further suppressed the strength of vortex shedding and reduced the residual energy related to vortex shedding in aerodynamic loads of chamfered buildings. Finally, the optimized locations of local aerodynamic strategies were suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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