• 제목/요약/키워드: Blade Element Theory

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풍력터빈 블레이드 공력설계 및 성능예측 (Aerodynamic Design and Performance Prediction of Wind Turbine Blade)

  • 김철완;조태환
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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    • pp.677-681
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    • 2011
  • 수직축 및 수평축 풍력터빈의 특성 및 공력성능예측 방법에 대해 고찰하였다. Darrieus형 수직축 풍력터빈은 블레이드에 유입되는 바람의 속도 및 받음각의 변화가 매우 심해 Dynamic Stall 현상이 발생하고 앞면에서 발생한 Wake가 후면 블레이드의 공력특성에 영향을 준다. 수평축은 BEMT를 활용하여 형상설계 및 성능예측이 가능하고 전산해석 및 풍동시험을 통해 공력성능예측이 수행되고 있다.

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A comparison of the performance characteristics of large 2 MW and 3 MW wind turbines on existing onshore wind farms

  • Bilgili, Mehmet;Ekinci, Firat;Demirdelen, Tugce
    • Wind and Structures
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    • 제32권2호
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    • pp.81-87
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    • 2021
  • The aim of the current study is to compare the performance of large 2 MW and 3 MW wind turbines operating on existing onshore wind farms using Blade Element Momentum (BEM) theory and Angular Momentum (AM) theory and illustrate the performance characteristic curves of the turbines as a function of wind speed (U∞). To achieve this, the measurement data obtained from two different Wind Energy Power Plants (WEPPs) located in the Hatay region of Turkey was used. Two different horizontal-axis wind turbines with capacities of 2 MW and 3 MW were selected for evaluation and comparison. The hub-height wind speed (UD), turbine power output (P), atmospheric air temperature (Tatm) and turbine rotational speed (Ω) data were used in the evaluation of the turbine performance characteristics. Curves of turbine power output (P), axial flow induction factor (a), turbine rotational speed (Ω), turbine power coefficient (CP), blade tip speed ratio (λ), thrust force coefficient (CT) and thrust force (T) as a function of U∞ were obtained for the 2 MW and 3 MW wind turbines and these characteristic curves were compared. Results revealed that, for the same wind speed conditions, the higher-capacity wind turbine (3 MW) was operating at higher turbine power coefficient rates, while rotating at lower rotational speed ratios than the lower-capacity wind turbine (2 MW).

수평축 조류발전용 로터 블레이드 형상설계 및 CFD에 의한 출력성능해석 (Rotor-Blade Shape Design and Power-Performance Analysis for Horizontal-Axis Tidal Turbine Using CFD)

  • 정지현;김범석
    • 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.

Aerodynamic loads and aeroelastic responses of large wind turbine tower-blade coupled structure in yaw condition

  • Ke, S.T.;Wang, T.G.;Ge, Y.J.;Tamura, Y.
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제56권6호
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    • pp.1021-1040
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    • 2015
  • 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.

서남권 도서지역에 적합한 1kW급 수평축 풍력터빈 로터 블레이드 설계 및 유동해석 (Design and Flow Analysis on the 1kW Class Horizontal Axis Wind Turbine Rotor Blade for Use in Southwest Islands Region)

  • 이준용;최낙준;윤한용;최영도
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제15권3호
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    • pp.5-11
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    • 2012
  • This study is to develop a 1kW-class horizontal axis wind turbine(HAWT) rotor blade which will be applicable to relatively low wind speed regions in southwest islands in Korea. Shape design of 1kW-class small wind turbine rotor blade is carried out using a blade profile with relatively high lift to drag ratio by blade element momentum theory(BEMT). Aerodynamic analysis on the newly designed rotor blade is performed with the variation of tip speed ratio. Power coefficient and pressure coefficient of the designed rotor blade are investigated according to tip speed ratio.

복합발전 적용을 위한 1kW급 수평축 풍력터빈 유동해석 (Flow Analysis on a 1kW-class Horizontal Axis Wind Turbine Blade for Hybrid Power Generation System)

  • 이준용;최낙준;최영도
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.60.2-60.2
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    • 2011
  • This study is to develop a 1kW-class small wind turbine blade which will be applicable to relatively low speed regions. For this blade, a high efficiency wind turbine blade is designed and a light and low cost composite structure blade is adopted considering fatigue life. In this study, shape design of 1kW-class small wind turbine blade for hybrid power generation system is carried out by BEMT(blade element momentum theory). X-FOIL open software was used to acquire lift and drag coefficients of the 2D airfoils used in power prediction procedure. Moreover, pressure and velocity distributions are investigated according to TSR by CFD analysis.

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고속 터보프롭 항공기용 고효율 경량화 복합재 프로펠러 블레이드 설계 연구 (Design on High Efficiency and Light Composite Propeller Blade of High Speed Turboprop Aircraft)

  • 공창덕;이경선;박현범;최원
    • 한국추진공학회지
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    • 제16권3호
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    • pp.57-68
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    • 2012
  • 본 연구에서는 한국의 차세대 중형항공기에 사용될 고속형 터보프롭 항공기용 고효율 복합재 프로펠러 블레이드의 설계를 수행하였다. 와류 이론과 블레이드 깃 요소 이론을 활용하여 기본 공력설계 및 성능 해석을 수행하였고 공력설계 결과는 상업용 전산유체해석 프로그램인 ANSYS를 이용한 해석을 통해 확인 되었다. 프로펠러 구조 설계 시 카본/에폭시 복합재료가 적용되었으며, 경량화와 구조 안정성 개선을 위하여 스킨-스파-폼 샌드위치 구조 형식를 채택하였다. 제안된 프로펠러 블레이드는 공력 및 구조 해석과 시제품 프로펠러 블레이드의 구조 시험을 통하여 높은 효율과 안전한 구조임이 검토되었다.

중형항공기급 고효율 경량화 복합재 프로펠러 블레이드 설계 연구 (Design on High Efficiency and Light Composite Propeller Blade of Regional Aircraft)

  • 공창덕;이경선;박현범;최원
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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    • pp.253-258
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    • 2012
  • 본 연구에서는 한국의 차세대 중형항공기에 사용될 터보프롭 항공기용 고효율 복합재 프로펠러 블레이드의 설계를 수행하였다. 와류 이론과 블레이드 깃 요소 이론을 활용하여 기본 공력설계 및 성능 해석을 수행하였고 공력설계 결과는 상업용 전산유체해석 프로그램인 ANSYS를 이용한 해석을 통해 확인하였다. 프로펠러 구조 설계 시 카본/에폭시 복합재료가 적용되었으며, 경량화와 구조 안정성 개선을 위하여 스킨-스파-폼 샌드위치 구조 형식를 채택하였다. 제안된 프로펠러 블레이드는 공력 및 구조 해석과 시제품 프로펠러 블레이드의 구조 시험을 통하여 높은 효율과 안전한 구조임이 검토되었다.

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차세대 터보프롭 항공기용 복합재 최신 프로펠러 설계 및 해석 (The Design and Analysis of Composite Advanced Propeller Blade for Next Generation Turboprop Aircraft)

  • 최원;김광해;이원중
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제15권6호
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    • pp.11-17
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    • 2012
  • The one way fluid structure interaction analysis on advanced propeller blade for next generation turboprop aircraft. HS1 airfoil series are selected as a advanced propeller blade airfoil. Adkins method is used for aerodynamic design and performance analysis with respect to the design point. Adkins method is based on the vortex-blade element theory which design the propeller to satisfy the condition for minimum energy loss. propeller geometry is generated by varying chord length and pitch angle at design point. Blade sweep is designed based on the design mach number and target propulsion efficiency. The aerodynamic characteristics of the designed Advanced propeller were verified by CFD(Computational Fluid Dynamic) and showed the enhanced performance than the conventional propeller. The skin-foam sandwich structural type is adopted for blade. The high stiffness, strength carbon/epoxy composite material is used for the skin and PMI(Polymethacrylimide) is used for the foam. Aerodynamic load is calculated by computational fluid dynamics. Linear static stress analysis is performed by finite element analysis code MSC.NASTRAN in order to investigate the structural safety. The result of structural analysis showed that the design has sufficient structural safety. It was concluded that structural safety assessment should incorporate the off-design points.

수치해법을 이용한 풍력 및 조류발전용 수평축 터빈의 성능해석 (Numerical analysis for horizontal axis wind and tidal stream energy conversion turbine)

  • 이주현;김동환;박세완;이희범;박선호;이신형
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.165.1-165.1
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    • 2011
  • In the present study, two numerical methods were developed and compared for the performance prediction of the horizontal axis energy conversion turbine. The Blade Element Momentum Theory was adopted, and the rotating reference frame method for Computational Fluid Dynamics solver was also used. Hybrid meshing was used for the complex geometry of turbines. The analysis results using each method were compared to figure out a better method for the performance prediction.

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