• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제35권1호
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• pp.35-43
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• 2015

A numerical simulation on the wake flow of a wind turbine which is a scaled version of a multi-megawatt wind turbine has been performed. Two different inlet conditions of averaged wind speed including one below and one above the rated wind speed were used in the simulation. Steady-state pitch angles of the blade associated with the two averaged wind speeds were imposed for the simulation. The steady state analysis based on the Reynolds averaged Navier-Stokes equations with the method of frame motion were used for the simulation to find the torque of the rotor and the wake field behind the wind turbine. The simulation results were compared with the results obtained from the wind tunnel testing. From comparisons, it was found that the simulation results on the turbine power are pretty close to the experimental values. Also, the wake results were relatively close to the experimental results but there existed some discrepancy in the shape of velocity deficit. The reason for the discrepancy is considered due to the steady state solution with the frame motion method used in the simulation. However, the method is considered useful for solutions with much reduced calculation time and reasonably good accuracy compared to the transient analysis.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.59-59
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• 2017

무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 익형 설계 단계로서 두꺼운 익형(V1505A)과 얇고 처진 익형(V2008B)의 기본 두 익형의 특성을 예측하는데 있어 회전하는 블레이드의 현실적 조건을 반영한 3D 모델을 마련하고 성능을 예측하였다. Fluent를 이용한 400 mm 선형모델의 시뮬레이션에서는 V1505A 익형은 높은 받음각에서 안정적인 특성을 보인 반면 V2008B는 비교적 높은 동력효율 특성을 보였으나, 높은 받음각에서는 실속 이후 양력이 급락하는 특성을 나타낸다. 형성된 노드 수는 약 870,000개로 하였다. 시위길이 135 mm인 익형 V2008B의 형상은 ANSYS (Fluent v16.2)를 이용해 반경(길이) 1,502 (1,380) mm 의 로터 블레이드를 구성하였다. 충분하지 않은 유동장이 익형 표면에서의 유동의 영향에 영향을 주지 않도록 직경 20 m의 원방경계(far field)를 형성하였다. 사용된 매쉬의 형태는 정사면체 형태로 로터 표면으로부터의 첫 번째 두께 높이는 0.001 m이고 10개의 층으로 형성하였다. 정지 비행하는 헬리콥터의 상태를 가정하여 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 유동을 해석하고 사용된 난류모델은 넓은 영역에서의 유동을 고려하여 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델을 사용하였다. 내측그립 받음각 $6{\sim}22^{\circ}$에 대하여 현실적인 회전속도를 연동하여 600~1000 rpm을 적용하였다. 반복수(iteration)는 2000으로 하여 잔차값(residual)이 충분히 수렴하도록 하였다. 전체적으로 실제 헬리콥터가 발휘하는 양력보다는 낮은 수치로 예측되었으며 모델 및 해석 조건에 대한 검토가 필요해 보인다. 양력 값은 받음각 $10^{\circ}$에서 자중(약 68 kgf)을 극복하였고 받음각 $12^{\circ}$에 유상하중 20 kgf을 발휘하며 888 N의 양력을 보였다, 이어 받음각 $22^{\circ}$에서 실속 현상이 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라 항력 역시 증가하였으며 받음각 $12^{\circ}$에서 121 N이었고 실속에 이르며 항력은 갑자기 증가할 것으로 예측된다. 본 연구는 변이 익형 개발의 선행 단계로 기본 익형에 대한 공력특성을 CFD 시뮬레이션을 통하여 예측하였다. 예측 값은 현실적 실험방법을 통하여 검증이 되어야 하며 이후 변이익형에 대한 예측과 설계가 가능하다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제1권4호
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• pp.285-296
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• 2011

Spar platforms have several advantages for deploying wind turbines in offshore for depth beyond 120 m. The merit of spar platform is large range of topside payloads, favourable motions compared to other floating structures and minimum hull/deck interface. The main objective of this paper is to present the response analysis of the slack moored spar platform supporting 5MW wind turbine with bottom keel plates in regular and random waves, studied experimentally and numerically. A 1:100 scale model of the spar with sparD, sparCD and sparSD configuration was studied in the wave basin ($30{\times}30{\times}3m$) in Ocean engineering department in IIT Madras. In present study the effect of wind loading, blade dynamics and control, and tower elasticity are not considered. This paper presents the details of the studies carried out on a 16 m diameter and 100 m long spar buoy supporting a 90 m tall 5 MW wind turbine with 3600 kN weight of Nacelle and Rotor and 3500 kN weight of tower. The weight of the ballast and the draft of the spar are adjusted in such a way to keep the centre of gravity below the centre of buoyancy. The mooring lines are divided into four groups, each of which has four lines. The studies were carried out in regular and random waves. The operational significant wave height of 2.5 m and 10 s wave period and survival significant wave height of 6 m and 18 s wave period in 300 m water depth are considered. The wind speed corresponding to the operational wave height is about 22 knots and this wind speed is considered to be operating wind speed for turbines. The heave and surge accelerations at the top of spar platform were measured and are used for calculating the response. The geometric modeling of spar was carried out using Multisurf and this was directly exported to WAMIT for subsequent hydrodynamic and mooring system analysis. The numerical results were compared with experimental results and the comparison was found to be good. Parametric study was carried out to find out the effect of shape, size and spacing of keel plate and from the results obtained from present work ,it is recommended to use circular keel plate instead of square plate.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권4호
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• pp.92-99
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• 2016

풍력터빈은 정격풍속미만에서 최대출력을 내기위한 제어를 한다. 최대출력을 얻기 위한 방법 중에는 최적 TSR(Tip Speed Ratio)제어와 P&O(Perturbation and Observation) 제어가 대표적이라 할 수 있다. P&O 제어는 출력과 회전속도만을 이용하여 간단한 알고리즘으로 제어되지만 반응속도가 느린 것이 단점이라 할 수 있다. 최적 TSR 제어는 반응속도가 빠르지만 정확한 풍속을 알아야만 된다. 정확한 풍속을 구하기 위하여 측정을 하거나 예측하는 방법을 사용한다. 풍속을 측정하기 위하여 풍속계를 풍력터빈에 가까이 설치하게 되는 데, 이 때 블레이드의 간섭으로 정확한 풍속 측정이 쉽지 않다. 그래서 풍속을 예측하는 방법들이 사용하게 되었다. 풍속을 예측하기 위하여 신경망을 비롯한 다양한 수치해석 방법들이 사용되고 있으나 풍속예측 문제는 역문제와 관련이 있어 그리 간단치가 않다. 본 논문에서는 기존의 방법들과 다르게 역문제로 풀지 않고 바람의 출력그래프에서 터빈의 출력과 회전속도만을 이용하여 풍속을 예측할 수 있는 새로운 방법을 제안하였다. Matlab/Simulink을 사용하여 제안된 방법으로 풍속이 제대로 예측되며 최대 출력제어가 되는 것을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제43권3호
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• pp.351-360
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• 2024

드론 기술의 발전으로 인해서 최근 다양한 분야에서 무인항공기가 활용되고 있으며, 이와 더불어 드론 사용 증가에 따르는 여러 가지 문제들이 발생하고 있다. 드론은 크기가 매우 작아서 레이더나 광학장비로 탐지하기 어려운 문제가 있으며, 따라서 최근에는 음향학적인 방법을 이용한 추적 방식이 적용되고 있다. 본 논문은 쿼드콥터 드론의 음향 특성을 활용하여 다수의 드론 위치를 추정하는 방법을 다루었다. 드론의 종류와 드론의 움직임 상태에 따라 각 로터로부터 유발되는 음향 특성이 구별되므로, 블레이드 통과 주파수 및 이에 대한 고조파 음원에 대한 위치 추정을 수행한 결과를 공간 군집화하여 드론의 음원을 재현하였다. 재현된 음원은, 위치 추정 알고리즘을 적용하여 최종적으로 다수의 드론 음원에 대한 위치를 결정하는데 사용된다. 쿼드콥터 드론의 음향 특성을 분석하기 위한 실험을 수행하였으며, 이때 측정한 음향 신호를 기반으로 서로 다른 세 종류의 드론에 대한 음원 위치 추정 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해 드론의 음향 특성을 활용하여 다수의 드론 위치를 추정할 수 있음을 확인하였고, 분리된 드론 음원의 명확성과 음원 추정 알고리즘이 다수의 드론 위치 추정 정확도에 영향을 주는 것을 관찰하였다.