Seo Yoon Choi;Jun Hee Jeong;Rae Hyung Yuck;Kwang Tae Ha;Jae Ho Jeong
Journal of Wind Energy
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v.13
no.3
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pp.5-12
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2022
A methodology of wind turbine blade design has been established with PROPID code, which is an aerodynamic blade design tool developed by UIUC. PROPID code can design and analyze a wind turbine blade in a steady state flow. The methodology of wind turbine blade design includes an initial blade concept design, airfoil selection, basic design, and detailed design steps. Inverse design and performance analysis of the 2.3 MW U113 wind turbine blade was performed to verify the wind turbine blade design methodology. The differences in calculated power between PROPID code and GH Bladed code are under 1.0% in all wind conditions. Both blade shape design and performance analysis results using PROPID code are accurate. The aerodynamic characteristics of a U113 blade were investigated by computational fluid dynamics. Separation flow was captured by a Reynolds-averaged Navier-Stokes steady flow simulation using ANSYS CFX code. The numerical aerodynamic analysis methodology was verified by comparing the analysis results through CFD with BEMT-based program GH Bladed code results. Therefore, the blade design methodology will be applied to develop a super-capacity 20 MW wind turbine blade in the future.
For a given axial turbine blade, reverse design method is developed to improve blade efficiency, optimize blade profile, or repair parts etc. In this process, design parameters for designing axial turbine blade are induced. The induced design parameters are as follows; ellipse at leading edge, radios of trailing edge, axial chord, tangential chord, wedge angle at the inlet, and unguided turning angle. Suction and pressure surfaces of turbine blade are described by cubic polynomials. Two sample blades we chosen and their blade profiles are measured at the mean radius. Values of design parameters for sample blades are obtained by the reverse design method. Re-designed blade profiles using calculated design parameters are compared with the measured data, and they show good agreement. So, the developed design method could be applied to design general turbine blades. Various blade shapes are designed, and they show that designed blade profiles can be adjusted by controlling design parameters.
Several reverse design methods are developed and applied to the suction or pressure surface for finding design values of blade geometry for a given axial turbine blade. Re-designed blade profiles using shape parameters are compared with measured blade data. Essential shape parameters for blade design are induced by the procedure of reverse design for best fitting. Characteristics of shape parameters are evaluated through the system design method and restriction conditions of structural stability or aerodynamic flow loss. Some of shape parameters i.e blade radius or exit blade angle etc., are classified to weakly adjustable shape parameters, otherwise strongly adjustable shape parameters which would be applied for controlling blade shape. Average deviation values between the measured data and re-designed blade using shape parameters are calculated for each design method. Comparing with the average deviation for a given blade geometry, minimum shape parameters required to design a blade geometry are obtained.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.3
no.1
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pp.17-20
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2016
In this work, a structural design on horizontal axis wind turbine blade using natural flax fiber composite is performed. The structural design results of flax/epoxy composite blade are compared with the design results of glass/epoxy composite blade. In order to evaluate the structural design of the composite blade, the structural analysis was performed by the finite element method. Through the structural analyses, it is confirmed that the designed blade using natural composite is acceptable for structural safety, blade tip deflection, structural stability, resonance possibility, and weight. Finally, structural test of manufactured blade was performed. Through the structural test, it is confirmed that the designed blade is acceptable.
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
In this study, a rotor blade of a Curtis turbine is investigated. Bezier curve is generally used to define the profile of turbine blades. However, this curve gives a feature of global control, which is not proper to a supersonic impulse turbine blade. Thus, a blade design method is developed by using B-spline curve so that local control is possible to obtain an optimized blade section. To design a Curtis turbine blade section systematically, the blade section has been changed by varying three design parameters using central composite design method. Flow analyses have been carried out for the blade sections, and the effects of design parameters are evaluated.
This paper describes the shape optimization of rotor blade in a transonic axial compressor rotor. Three surrogate models, Kriging, radial basis neural network and response surface methods, are introduced to find optimum blade shape and to compare the characteristics of object function at each optimal design condition. Blade sweep, lean and skew are considered as design variables and adiabatic efficiency is selected as an objective function. Throughout the shape optimization of the compressor rotor, the predicted adiabatic efficiency has almost same value for three surrogate models. Among the three design variables, a blade sweep is the most sensitive on the object function. It is noted that the blade swept to backward and skewed to the blade pressure side is more effective to increase the adiabatic efficiency in the axial compressor Flow characteristics of an optimum blade are also compared with the results of reference blade.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.1
no.1
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pp.92-102
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2000
In this study, the 750kW medium scale composite blade for the horizontal axis wind turbine system was designed and manufactured, and it was tested and evaluated by the specific structural test rig. In the test, it was found that local bucklings at the trailing edge of the blade and excessive deflections at the blade tip were happened. In order to solve these problems, the design of blade structure was modified. After improving the design, the abrupt change of deflection at the blade tip was reduced by smooth variation of the spar thickness and the local buckling was removed by extending the web length. The modified design was analyzed by the FEM, the safety and stability of the blade structure. And Fatigue life over 20 years was confirmed by using S-N linear damage method, Spera's method, etc.
In this paper, optimal design of composite rotor blade cross-section to consider manufacturability was performed. Skin thickness, torsion box thickness and skin lay-up angle were adopted as discrete design variables and The position and width of a torsion box were considered as continuous variables. An object function of optimal design is to minimize the mass of a rotor blade, and various constraints such as failure index, center mass, shear center, natural frequency and blade minimum mass per unit length were adopted. Finally, design variables such as the thickness and lay-up angles of a skin, and the thickness, position and width of a torsion box were determined by using an in-house program developed for the optimal design of rotor blade cross-section.
This research presents a method for the initial structural design of a multi-megawatt wind turbine blade. The structural data for a 2-MW blade were applied as the blade structural characteristic data of the reference blade. Tenkinds of blade models were newly designed by replacing the spar cap axial GRRP with a GFRP and CFRP These terms should be defined. at different orientations. The axial stiffness coefficients of the newly designed models were made equal to the coefficient of the reference blade. The required numbers of layers in each section of blades were calculated, and the lay-up designs were based on these numbers. Verification results showed that the design method that used the structural data of the reference blade was appropriate for the initial structural design of a wind turbine blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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