In modem wind power system of large capacity above 1MW, horizontal axis wind turbine(HAWT) is a common type. And, the optimum design of wind turbine to guarantee excellent power performance and its reliability in structure and longevity is a key technology in wind Industry. In this study, mathematical expressions based upon the conventional BEMT(blade element momentum theory) applying to basic 1MW wind turbine blade configuration design. Power coefficient and related flow parameters, such as Prandtl's tip loss coefficient, tangential and axial flow induction factors of the wind turbine analyzed systematically. X-FOIL was used to acquire lift and drag coefficients of the 2-D airfoils and we use Viterna-Corrigan formula to interpolate the aerodynamic characteristics in post-stall region. In order to predict the performance characteristics of the blade, a performance analysis carried out by BEMT method. As a results, axial and tangential flow factors, angle of attack, power coefficient investigated in this study.
The 2nd order response surface method (RSM) has been carried out to get optimum thermal design for enhanced heat transfer on square channel with bleed holes. The RSM was used as an optimization technique with Reynolds-averaged navier-stokes equation. Turbulence model for heat transfer analysis used RNG k-epsilon model. The wall function used enhanced wall function. Numerical local heat transfer coefficients were similar to the experimental tendency. Two design variables such as attack angle of rib (${\alpha}$), rib pitch-to-rib height ratio (p/e) were chosen. Operation condition considered bleeding ratio per bleed hole ($BR_{hole}$). A response surface were constructed by the design variables and operation condition. As a result, adjusted $R^2$ was more than 0.9. Optimization results of various objective function were similar to heat transfer in channel with and without bleed flow. But friction factor was lower than channel without bleed flow.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.4
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pp.360-366
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2011
Thin circular-arc blade is often used as a guide vane, a deflecting vane, or a rotating blade of low pressure axial-flow turbomachine because of its easy manufacture. Ordinary design of the blade elements of these machines is done by use of the carpet diagrams for a cascade of circular-arc blades. However, the application of the carpet diagrams is limited to relatively low cambered blade operating under optimum inlet flow conditions. In order to extend the applicable range, additional design data is necessary. Computational fluid dynamics (CFD) is a promising method to get these data. In this paper, two-dimensonal cascade performances of circular-arc blade are widely analyzed with CFD. The results have been compared with the results of experiment and potential theory, and useful information has been obtained. Turning angle and total pressure loss coefficients are satisfactorily predicted for lowly cambered blade. For high camber angle of $67^{\circ}$, the CFD results agree with experiment for the angle of attack less than that for shockless inlet condition.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yu-Sung;Kim, Yo-Han;Kim, Seok-Soo
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.167-174
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2008
In this study, flutter analyses for supercritical airfoil have been conducted in transonic region. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) has been developed in order to investigate detailed static and dynamic responses of supercritical airfoil. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with Spalart-Allmaras (S-A) and SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of cascades for fluid-structure interaction (FSI) problems. Also, flow-induced vibration (FIV) analyses for various supercritical airfoil models have been conducted. Detailed flutter responses for supercritical are presented to show the physical performance and vibration characteristics in various angle of attack.
The distinguishing features of flows at high angles of attacks are caused by the generation of free shear layers at sharp leading edges, by separation of the viscous layers from the surfaces of wings and bodies and by the flow in the wakes of the wings and bodies. In this study, systematic approach by PIV experimental method within a circulating water channel was adopted to study the fundamental characteristics of induced vortex generation, development and its breakdown appearing on a delta wing model with or without LEX in terms of four angles of attack($15^{\circ}$, $20^{\circ}$, $25^{\circ}$, $30^{\circ}$) and six measuring sections(30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%) of chord length. Distributions of time-averaged velocity vectors and vorticities over the delta wing model were compared along the chord length direction. Highly swept leading edge extension(LEX) applied to delta wings has greatly improved the subsonic maneuverability of contemporary fighters. High-speed CCD camera which made it possible to acquire serial images is able to get the detailed information about the flow characteristics occurred on the delta wing. Especially quantitative comparison of the maximum vorticity featuring the induced pressure distribution were also conducted to clarity the significance of the LEX existence.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.2
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pp.275-283
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2006
Experiment and three dimensional numerical investigations of incompressible turbulent flow through square channels with one- and two-sided ribbed walls are performed to determine pressure drop and heat transfer. The CFX(version 5.7) software package is used for the computation. The ribbed walls have a $45^{\circ}$ inclined square rib. Uniform heat flux is maintained on whole inner heat transfer channel area. The numerical results coincide with experimental data that obtained for $7,600{\le}Re{\le}24.900$, the pitch-to-rib height ratio (p/e) of 8.0. and the rib height-to-channel hydraulic diameter ratio ($e/D_h$) of 0.0667. The results show that values of local heat transfer coefficient and friction factor in the channel with two-sided ribbed wall are higher than those in the channel with one-sided ribbed walls.
Hydrodynamic coefficients strongly affect the dynamic performance of autonomous underwater vehicles (AUVs). A novel kind of underwater vehicle (Heavier-than-water AUV) with higher density than water is presented, which is different from conventional ones. RANS method and overlapping grids are used to simulate the flow field around the vehicle. Lifts, drags and moments of different attack and drift angles in steady state are calculated. The hydrodynamic performances and how the forces change with the attitude are analyzed according to the flow field structure. The steady-state results using overlapping grid method are compared with those of software FLUENT and wind tunnel tests. The calculation results show that the overlapping grid method can well simulate the viscous flow field around the underwater vehicle. Overlapping grid skills have also been used to figure out the planar-motion-mechanism (PMM) problem of Heavier-than-water AUV and forecast its hydrodynamic performance, verifying its effectiveness in dealing with the dynamic problems, which would be quite helpful for design and control of Heavier-than-water AUV and other underwater vehicles.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.21
no.1
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pp.45-50
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2013
In this study, lumped-vortex element method and thin airfoil theory were used to analyze aerodynamic characteristics of airfoils with relative motion that had camber lines of NACA $44{\times}{\times}$ airfoil in 2-dimensional unsteady incompressible potential flow. Velocity disturbance due to airfoil was calculated by lumped-vortex element model and force distribution on airfoil by unsteady Bernoulli's equation. Variables in relative motion were considered the period p, the amplitude of flapping $A_f$ and pitching $A_p$, and the phase difference between flapping and pitching ${\phi}_p$ and the angle of attack ${\alpha}$. Due to movement of an airfoil, dag was induced in 2-dimensional unsteady incompressible potential flow. The numerical results show that the aerodynamic characteristics of the airfoil with flapping and pitching at the same time are illustrated. Especially the mean lift coefficient became smaller, but drag coefficient became larger.
The high-rise supporting towers of long-span suspension and cable-stayed bridges commonly comprise a pair of slender prisms of roughly square cross-section with a center-to-centre spacing of from perhaps 2 to 6 widths and connected by one or more cross-ties. The tower columns may have a constant spacing as common for suspension bridges or the spacing may reduce towards the top of the tower. The present paper is concerned with the aerodynamics of such towers and describes an experimental investigation of the overall aerodynamic forces acting on a pair of square cylinders in two-dimensional flow. Wind tunnel pressure measurements were carried out in smooth flow and with a longitudinal intensity of turbulence 0.10. Different angles of attack were considered between $0^{\circ}$ and $90^{\circ}$, and separations between the two columns from twice to 13 times the side width of the column. The mean values of the overall forces proved to be related to the bias introduced in the flow by the interaction between the two cylinders; the overall rms forces are related to the level of coherence between the shedding-induced forces on the two cylinders and to their phase. Plots showing the variation of the force coefficients and Strouhal number as a function of the separation, together with the force coefficients spectra and lift cross-correlation functions are presented in the paper.
Kim, Mi Jeong;Yoon, Hyun Sik;Jung, Jae Hwan;Chun, Ho Hwan;Park, Dong Woo
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.4
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pp.447-459
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2012
The present study numerically investigates the effect of the wavy leading edge on hydrodynamic characteristics for the flow of rectangular wings with the low aspect ratio of 1.5. Five different wave lengths at fixed wavy amplitude have been considered. Numerical simulations are performed at a wide range of the angle of attack ($0^{\circ}{\leq}{\alpha}{\leq}40^{\circ}$) at one Reynolds number of $10^6$. The wavy wings considered in this study did not experience enough lift drop to be defined as the stall, comparing with the smooth wing. However, in the pre-stall region, the wavy wings reveal the considerable loss of the lift, compared to the smooth wing. In the post-stall, the lift coefficients of the smooth wing and the wavy wings are not much different. The pressure coefficient, limiting streamlines and the iso-surface of the spanwise vorticity are also highlighted to examine the effect of the wave length on the flow structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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