Kim, Dong-Hyun;Lee, Jang-Ho;Tran, Thanh-Toan;Kwak, Young-Seob;Song, Jin-Seop
Journal of Wind Energy
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v.5
no.1
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pp.22-32
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2014
The structural design of a wind turbine must show the verification of the structural integrity of all load-carrying components. Also, design load calculations shall be performed using appropriate and accurate methods. In this study, advanced numerical approach for the calculation of design loads based on unsteady computational fluid dynamics (CFD) is presented considering extreme design load conditions such as the extreme coherent gust (ECG) and the 50 year extreme operating gust (EOG). Unsteady aerodynamic loads are calculated based on Reynolds average Navier-Stokes (RANS) equations with shear-stress transport k-ω(SST k-ω) turbulent model. A full three-dimensional 5 MW offshore wind-turbine model with rotating blades, hub, nacelle, and tower configuration is practically considered and its aerodynamic interference effect among blades, nacelle, and tower is also accurately considered herein. Calculated blade loads based on unsteady CFD method with respect to blade azimuth angle are compared with those by NREL FAST code and physically investigated in detail.
Ryu, Seo-Yoon;Kim, Sanghyeon;Cheong, Cheolung;Kim, Jong-Uk;Park, Byeong Il;Park, Se Min
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.36
no.6
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pp.371-377
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2017
The performance of an air conditioner is closely related to the cooling performance of a split-type outdoor unit so that, in most of the relevant preceding studies, the independent performance of an axial fan in an outdoor unit has been studied. However, there is a lack of research on the effects of other components in an outdoor units was rarely investigated. Therefore, in this paper, the effects of the fan orifice among other parts on the flow performance of the outdoor unit was numerically investigated. A virtual fan tester consisting of 18 million grids was developed for highly resolved flow simulation. The unsteady RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) equations are numerically solved by using finite-volume CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques. In order to verify the validity of the numerical methods, the predicted P-Q curve of the cooling fan in a full outdoor unit is compared with the measured one. Optimization of orifice shape was carried out for maximum flow performance of the outdoor unit using the validated numerical method.
Kim, Kunwoo;Ryu, Seo-Yoon;Cheong, Cheolung;Seo, Seongjin;Jang, Cheolmin;Seol, Hanshin
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.39
no.6
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pp.524-532
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2020
In this study, noise radiated from a high-speed fan-motor unit for a cordless vacuum cleaner is reduced by designing splitter blades on the existing impeller. First of all, in order to investigate the flow field through a fan-motor unit, especially impeller, the unsteady incompressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are numerically solved by using computational fluid dynamic technique. With predicted flow field results as input, the Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) integral equation is solved to predict aerodynamic noise radiated from the impeller. The validity of the numerical methods is confirmed by comparing the predicted sound pressure spectrum with the measured one. Further analysis of the predicted flow field shows that the strong vortex is formed between the impeller blades. As the vortex induces the loss of the flow field and acts as an aerodynamic noise source, supplementary splitter blades are designed to the existing impeller to suppress the identified vortex. The length and position of splitter are selected as design factors and the effect of each design factor on aerodynamic noise is numerically analyzed by using the Taguchi method. From this results, the optimum location and length of splitter for minimum radiated noise is determined. The finally selected design shows lower noise than the existing one.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.14
no.2
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pp.114-120
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2011
The characteristics of a helical turbine to be used for tidal stream energy conversion have been numerically studied with varying a few design parameters. The helical turbines were proposed aiming at mitgating the well known poor cut-in characteristics and the structural vibration caused by the fluctuating torque, and the basic concept is introducing some twisting angle of the vertical blade along the rotation axis of the turbine. Among many potential controling parameters, we focused, in this paper, on the twisting angle and the height to diameter ratio of the turbine, and, based on the numerical experiment, We tried to propose a configuration of such turbine for which better performance can be expected. The three-dimensional unsteady RANS equations were solved by using the commercial CFD software, FLUENT with k-${\omega}$ SST turbulence model, and the grid was generated by GAMBIT. It is shown that there are a range of the twisting angle producing better efficiency with less vibration and the minimum height to diameter ratio above which the efficiency does not improve considerably.
Kim, KunWoo;Ryu, Seo-Yoon;Cheong, Cheolung;Seo, Seongjin;Jang, Cheolmin
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.39
no.5
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pp.379-389
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2020
In this study, the flow and noise performances of high-speed fan motor unit for cordless vacuum cleaner is improved by optimizing the impeller which drives the suction air through flow passage of the cordless vacuum cleaner. Firstly, the unsteady incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations are solved to investigate the flow through the fan motor unit using the computational fluid dynamics techniques. Based on flow field results, the Ffowcs-Williams and Hawkings (FW-H) integral equation is used to predict flow noise radiated from the impeller. Predicted results are compared to the measured ones, which confirms the validity of the numerical method used. It is found that the strong vortex is formed around the mid-chord region of the main blades where the blade curvature change rapidly. Given that vortex acts as a loss for flow and a noise source for noise, impeller blade is redesigned to suppress the identified vortex. The response surface method using two factors is employed to determine the optimum inlet and outlet sweep angles for maximum flow rate and minimum noise. Further analysis of finally selected design confirms the improved flow and noise performance.
The aim of this study was to enhance the flow rate and noise performance of a centrifugal pump in dishwashers by designing an optimized impeller shape through numerical and experimental investigations. To evaluate the performance of the target centrifugal pump, experiment was conducted using a pump performance tester and noise experiment was carried out in a semi-anechoic chamber with microphones and a reflecting wall behind the dishwasher. Through the use of advanced computational fluid dynamics techniques, numerical simulations were performed to analyze the flow and aeroacoustics performance of our target centrifugal pump impeller. To achieve this, numerical simulations were carried out using the Reynolds-Average Navier-Stokes equations and Ffowcs-Willliams and Hawkings equations as governing equations. In order to ensure the validity of numerical methods, a thorough comparison of numerical results with experimental results. After having confirmed the reliability of the current numerical method of this study, the optimization of the target centrifugal pump impeller was conducted. An improvement in flow rate was confirmed numerically, and a manufactured proto-type of the optimized model was used for experimental investigation. Furthermore, it was observed that by applying the fan law, we could effectively reduce noise levels without reducing the flow rate.
The 486m-long roof of Shenzhen Citizens Centre is one of the world's longest spatial lattice roof structures. A comprehensive numerical study of wind effects on the long-span structure is presented in this paper. The discretizing and synthesizing of random flow generation technique (DSRFG) recently proposed by two of the authors (Huang and Li 2008) was adopted to produce a spatially correlated turbulent inflow field for the simulation study. The distributions and characteristics of wind loads on the roof were numerically evaluated by Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, in which Large Eddy Simulation (LES) and Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations (RANS) Model were employed. The main objective of this study is to explore a useful approach for estimations of wind effects on complex curved roof by CFD techniques. In parallel with the numerical investigation, simultaneous pressure measurements on the entire roof were made in a boundary layer wind tunnel to determine mean, fluctuating and peak pressure coefficient distributions, and spectra, spatial correlation coefficients and probability characteristics of pressure fluctuations. Numerical results were then compared with these experimentally determined data for validating the numerical methods. The comparative study demonstrated that the LES integrated with the DSRFG technique could provide satisfactory prediction of wind effects on the long-span roof with complex shape, especially on separation zones along leading eaves where the worst negative wind-induced pressures commonly occur. The recommended LES and inflow turbulence generation technique as well as associated numerical treatments are useful for structural engineers to assess wind effects on a long-span roof at its design stage.
In this paper, an integrated model for the wave (current)-induced seabed response is presented. The present model consists of two parts: hydrodynamic model for wave-current interactions and poro-elastic seabed model for pore accumulations. In the wave-current model, based on the fifth-order wave theory, ocean waves were generated by adding a source function into the mass conservation equation. Then, currents were simulated through imposing a steady inlet velocity on one domain and pressure outlet on the other side. In addition, both of the Reynolds-Averaged Navier-Stokers (RANS) Equations and $k-{\varepsilon}$ turbulence model would be applied in the fluid field. Once the wave pressures on the seabed calculated through the wave-current interaction model, it would be applied to be boundary conditions on the seabed model. In the seabed model, the poro-elastic theory would be imposed to simulate the seabed soil response. After comparing with the experimental data, the effect of currents on the seabed response would be examined by emphasize on the residual mechanisms of the pore pressure inside the soil. The build-up of the pore water pressure and the resulted liquefaction phenomenon will be fully investigated. A parametric study will also be conducted to examine the effects of waves and currents as well as soil properties on the pore pressure accumulation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.6
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pp.373-380
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2017
In this study, we conducted computational fluid dynamics (CFD) simulations for the unsteady hydrodynamic interaction of multiple thrusters by solving Reynolds averaged Navier-Stokes equations. A commercial CFD software, STAR-CCM+ was used for all simulations by employing a ducted thruster model with combination of a propeller and No. 19a duct. A sliding mesh technique was used to treat dynamic motion of propeller rotation and non-conformal hexahedral grid system was considered. Four different combinations in tilting and azimuth angles of the thrusters were considered to investigate the effects on the propulsion performance. We could find that thruster-hull and thruster-thruster interactions has significant effect on propulsion performance and further study will be required for the optimal configurations with the best tilting and relative azimuth angle between thrusters.
The objective of this study is to investigate numerically the effect of building roof shaps on wind flow and pollutant dispersion in a street canyon with one row of trees of pore volume, $P_{vol}=96%$. A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model is used to evaluate air flow and pollutant dispersion within an urban street canyon using Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the Explicit Algebraic Reynolds Stress Models (EARSM) based on k-${\varepsilon}$ turbulence model to close the equation system. The numerical model is performed with ANSYS-CFX code. Vehicle emissions were simulated as double line sources along the street. The numerical model was validated by the wind tunnel experiment results. Having established this, the wind flow and pollutant dispersion in urban street canyons (with six roof shapes buildings) are simulated. The numerical simulation results agree reasonably with the wind tunnel data. The results obtained in this work, indicate that the flow in 3D domain is more complicated; this complexity is increased with the presence of trees and variability of the roof shapes. The results also indicated that the largest pollutant concentration level for two walls (leeward and windward wall) is observed with the upwind wedge-shaped roof. But the smallest pollutant concentration level is observed with the dome roof-shaped.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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