Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.27
no.1
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pp.75-86
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2023
The angle of attack is highly sensitive to pitch point in the airfoil shape and the decline of pitch point value induces smaller angle of attack, which implies that airfoil profile possessing closer pitch point to the airfoil tip reacts more sensitively to upcoming wind. The method of conformal transformation functions is employed for airfoil profiles and airfoil surfaces are expressed with a trigonometric series form. Attack angle and ideal lift coefficient distributions are investigated for various airfoil profiles in wind turbine blade regarding conformal transformation and pitch point. The conformed angle function representing the surface angle of airfoil shape generates various attack angle distributions depending on the choice of surface angle function. Moreover, ideal attack angle and ideal lift coefficient are susceptible to the choice of airfoil profiles and uniform loading area. High ideal attack angle signifies high pliability to upcoming wind, and high ideal lift coefficient involves high possibility to generate larger electric energy. According to results obtained pitch point, airfoil shape, uniform loading area, and the conformed airfoil surface angle function are crucial factors in the determination of angle of attack.
A numerical investigation was performed to determine the effect of a Gurney flap on a NACA 23012 airfoil. A Navier-Stokes code, RAMPANT, was used to calculate the flow field about airfoil. The fully turbulent results were obtained using the standard $k-{\varepsilon}$ two-equation turbulence model. To provide a check case for our computational method, computations were performed for NACA 4412 airfoil which compared with Wedcock's experimental data. Gurney flap sizes of 0.5, 1.0, 1.5, and 2% of the airfoil chord were studied. The numerical solutions showed the Gurney flap increased both lift and drag. These results suggested that the Gurney flap served to increased the effective camber of the airfoil. But Gurney flap provided a significant increase in lift-to-drag ratio relatively at low angle of attack and for high lift coefficient. Also, it turned out that 0.5% chord size of flap was best one among them.
A numerical investigation was performed to determine the effect of the Gurney flap on a NACA 23012 airfoil. A Navier-Stokes code, RAMPANT, was used to calculate the flow field about the airfoil. Fully-turbulent results were obtained using the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ two-equation turbulence model. The numerical solutions showed that the Gurney flap increased both lift and drag. These results suggested that the Gurney flap served to increase the effective camber of the airfoil. The Gurney flap provided a significant increase in the lift-to-drag ratio relatively at low angle of attack and for high lift coefficient. It turned out that 0.6% chord size of flap was the best. The numerical results exhibited detailed flow structures at the trailing edge and provided a possible explanation for the increased aerodynamic performance.
A numerical investigation was performed to determine the effect of the Gurney flap on NACA 0015 airfoil. A Navier-Stokes code. FLUENT, was used to calculate the flow field about the airfoil. The fully-turbulent results were obtained using the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ two-equation turbulence model. The numerical solutions showed the Gurney flap increased both lift and drag. These results suggested that the Gurney flap served to increase the effective camber of the airfoil. Gurney flap provided a significant increase in lift-to-drag ratio relatively at low angle of attack and for high lift coefficient. It turned out that 0.75% chord size of flap was best. The numerical results exhibited detailed flow structures at the trailing edge and provided a possible explanation for the increased aerodynamic performance.
In wind turbine blades, airfoils are required to have different spec when compared with airplane airfoil. Airfoils for wind turbine blade must have a high lift-to-drag ratio, moderate to high lift and especially low roughness sensitivity. Also an operation Re. No.s are lower than conventional airplane airfoils. At mid-span and inboard region, structural problems have to be considered. Especially, for stall regulated type, moderate stall behavior is essential part of design. For these reasons, airfoil design for HAWT blade is essential part of blade design. In this paper, root airfoil and tip airfoil are discussed. For a root region, 24% thickness airfoil is designed and for a top region, 12% thickness ratio is done. A inverse design method and panel method are used for rapid airfoil design. In this paper, a design method, features of airfoil shape and characteristics are discussed.
Two-dimensional, unsteady, incompressible and compressible Navier-Stokes codes are developed for the computation of the viscous turbulent flow over high-lift airfoils. The compressible code involves a conventional upwind-differenced scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for temporal integration. The incompressible code with pseudo-compressibility method also adopts the same schemes as the compressible code. Three two-equation turbulence models are evaluated by computing the flow over single and multi-element airfoils. The compressible and incompressible codes are validated by predicting the flow around the RAE 2822 transonic airfoil and the NACA 4412 airfoil, respectively. In addition, both the incompressible and compressible code are used to compute the flow over the NLR 7301 airfoil with flap to study the compressible effect near the high-loaded leading edge. The grid systems are efficiently generated using Chimera overlapping grid scheme. Overall, the κ-ω SST model shows closer agreement with experiment results, especially in the prediction of adverse pressure gradient region on the suction surfaces of high-lift airfoils.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.28-36
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2007
A multi-objective design exploration for a three-element airfoil consisted of a slat, a main wing, and a flap was carried out. The lift curve improvement is important to design high-lift system, thus design has to be performed with considered multi-angle. The objective functions considered here are to maximize the lift coefficient at landing and near stall conditions simultaneously. Kriging surrogate model which was constructed based on several sample designs is introduced. The solution space was explored based on the maximization of Expected Improvement (EI) value corresponding to objective functions on the Krigingmodels. The improvement of the model and the exploration of the optimum can be advanced at the same time by maximizing EI value. In this study, a total of 90 sample points are evaluated using the Reynolds averaged Navier-Stokes simulation(RANS) for the construction of the Kriging model. In order to obtain the information of the design space, two data mining techniques are applied to design result. One is functional Analysis of Variance(ANOVA) which can show quantitative information and the other is Self-Organizing Map(SOM) which can show qualitative information.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.8
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pp.1112-1118
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2000
The objective of this study is to increase lift and decrease drag of an airfoil at high angles of attack by delaying flow separation with piezo-ceramic actuators. The airfoil used is NACA 0012 and its chord length is 0.3m. An experiment is performed at the freestream velocity of 15m/s at which the Reynolds number based on the chord length is $2{\times}10^5$. Seven rectangular actuators are attached to the airfoil surface and move up and down based on the electric signal. Drag and lift are measured using an in-house two-dimensional force-balance and the surface pressures are also measured. At the attack angle of $16^{\circ}$, the separation point is delayed downstream due to momentum addition induced by the movement of the actuators. Lift is increased by 10%, drag is reduced by 37%, and the efficiency is increased up to 170%. The flow fields with and without control are visualized using the smoke-wire and tuft techniques.
The two-dimensional incompressible and compressible Navier-Stokes codes are developed for the computation of the viscous turbulent flow over high-lift airfoils. Incompressible code using pseudo-compressibility and dual-time stepping method involves a conventional upwind differencing scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for time integration. Compressible code also adopts an FDS scheme and LU-SGS scheme. Several two-equation turbulence models (the standard $k-{\varepsilon}$ model, the $k-{\omega}$ model. and $k-{\omega}$ SST model) are evaluated by computing the flow over single and multi-element airfoils. The compressible and incompressible codes are validated by computing the flow around the transonic RAE2822 airfoil and the NACA4412 airfoil, respectively. Both the results show a good agreement with experimental surface pressure coefficients and velocity profiles in the boundary layers. Also, the GA(W)-1 single airfoil and the NLR7301 airfoil with a flap are computed using the two-equation turbulence models. The grid systems around two- and three-element airfoil are efficiently generated using Chimera grid scheme, one of the overlapping grid generation methods.
Oscillating airfoil haw been challenged for the dynamic stalls of airfoil am wind turbines at high angle of attach. Especially, the pressure oscillation has a huge effect on noise generation, structure damage, aerodynamic performance am safety, because the flow has strong unsteadiness at high angle of attack. In this paper, the unsteady aerodynamics coefficients were analyzed for the oscillating airfoil at high angle of attack around two dimensional NACA0012 airfoil. The two dimensional unsteady compressible Navier-Stokes equation with a LES turbulent model was calculated by OHOC (Optimized High-Order Compact) scheme. The flow conditions are Mach number of 0.2 and Reynolds number of $1.2{\times}10^4$. The lift, drag, pressure distribution, etc. are analyzed according to the pitching oscillation. Unsteady velocity field, periodic vortex shedding, the unsteady pressure distribution, and the acoustic fields are analyzed. The effects of these unsteady characteristics in the aerodynamic coefficients are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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