International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.3
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pp.287-295
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2017
The most detrimental pressure pulsations in high-head pump-turbines is caused by the rotor-stator interaction (RSI) between the guide vanes and runner blades. When the pump-turbine operates in the S-shaped region of the characteristic curves, the deteriorative flow structures may significantly strengthen RSI, causing larger pressure pulsations and stronger vibration with an increased risk of mechanical failure. CFD simulations were carried out to analyze the impacts of flow evolution on the pressure pulsations in the S-shaped region of a model pump-turbine. The results show that the reverse flow vortex structures (RFVS) at the runner inlet have regular development and transition patterns when discharge reduces from the best efficiency point (BEP). The RFVS first occur at the hub side, and then shift to the mid-span near the no-load point, which cause the strongest pressure pulsations. The locally distributed RFVS at hub side enhance the local RSI and makes the pressure fluctuations at the corresponding sections stronger than those at the rest sections along the spanwise direction. Under the condition of RFVS at the mid-span, the smaller flow rate make the smaller difference of pressure pulsation amplitudes in the spanwise direction. Moreover, the rotating stall, rotating at 35.7%-62.5% of the runner rotational frequency, make the low frequency components of pressure pulsations distribute unevenly along the circumference in the vaneless space. However, it have little influence on the distributions of high components.
In this paper, numerical results of sectional analysis, stress recovery and energy release rate were compared with the results of VABS, 3-D FEM through the blade analysis library. The result of stress recovery analysis for one-dimensional model including the stiffness matrix is compared with stress results of three-dimensional FEM. We discuss the configuration of the blade analysis library and compare verifications of numerical analysis results of VABS. Blade analysis library through dimensional reduction and stress recovery is intended to be utilized in conjunction with pre- and post-processing of the analysis program of the composite blade, high-altitude uav's wing, wind blades and tilt rotor blade.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.10
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pp.901-906
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2010
A three-dimensional flow simulation was performed to investigate the flow field in a wind farm on a complex terrain. The present study aims to examine the effects of mountainous terrain and turbine arrangement on the performance of wind power generation. A total of 49 wind turbines was modeled in the computational domain; detailed blade shape of the turbines was considered. Frozen rotor method was used to simulate the rotating operation. The torque acting on the turbine blades was calculated to evaluate the performance of the wind turbines. The numerical results showed details of the flow structure in the wind farm including the velocity deficit in the separated flow regions; this velocity deficit was due to the topographical effect. The effect of the wake induced by the upstream turbine on the performance of the downstream wind turbine could also be observed from the results. The methodology of the present study can be used for selecting future wind-farm sites and wind-turbine locations in a selected site to ensure maximum power generation.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.2
no.3
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pp.1-9
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1998
The exhaustion of fossil fuels and serious environmental pollution put the concern about non-po llution energy into the world. On the developments of technology, wind energy has been spotlighted as a non-pollution energy in many countries. This study has carried out the aerodynamic and structural design procedure of the lightweight composite rotor blades with an appropriate aerodynamic performance and structural strength for the 500㎾ medium class wind turbine system. The previous design, which is shell-spar structure, is redesigned to shell-spar- sandwich structure for light weight. Large deformation problem from light weight is examined by non-linear analysis. Local buckling occurred under lower stress than failure stress. The buckling analysis is accomplished to confirm the safety of the composite blade. The stress analysis around pin hole joint part at hub is carried out and it is confirmed that the pin hole is not failed. The results show that the resonance of redesigned blade does not happen in operation range.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.2
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pp.95-101
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2020
The wind turbine blades should be designed to possess a high stiffness and should be fabricated with a light and high strength material because they serve under extreme combination of lift and drag forces, converting kinetic energy of wind into shaft work. The goal of this study is to understand the basic knowledge required to curtail the process time consumed during the construction of small wind turbine blades using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) prepeg composites. The configuration of turbine rotor was determined using the QBlade freeware program. The fluid dynamics module simulated the loads exerted by the wind of a specific speed, and the stress analysis module predicted the distributions of equivalent von Mises stress for representing the blade structures. It was suggested to modify the shape of test specimen from ASTM D638 to decrease the variance in measured tensile strengths. Then, a series of experiments were performed to confirm that the bladder compression molded CFRP prepreg can provide sufficient strength to small wind turbine blades and decrease the cure time simultaneously.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.10
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pp.1073-1081
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2008
A centrifugal turbo blower of the fuel cell electric vehicle (FCEV) operates at very high speed above 30000 rpm in order to increase the pressure of the air, which supplied to a stack of FCEV, using rotation of its impeller blades. Vibration which originated from the blower is generated by unbalance of mechanical components, rotation of bearings and rotating asymmetry that rotate at high speed. The vibration is transmitted to receiving structure through vibration isolators and it can causes serious problems in the noise, vibration and harshness(NVH) performance. Thus, the study about reducing this kind of vibration is an important task. In this paper, dynamic analysis of the blower executed by numerical simulation and experimental analysis of the blower is also performed. Then, measured and simulated results are compared in order to validate of the simulation. Finally, reducing vibration through modifying mount stiffness is the main purpose of this paper.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.8
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pp.809-815
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2009
The previous work(Cheong et al., 2006) where the characteristics of acoustic emissions of wind turbines has been investigated according to the methods of power regulation, has showed that the acoustic power of wind turbine using the stall control for power regulation is more correlated with the wind speed than that using the pitch control. In this paper, basically extending this work, the noise generation characteristics of large modern upwind wind turbines are experimentally indentified according to the power regulation methods. To investigate the noise generation mechanisms, the distribution of noise sources in the rotor plane is measured by using the beam-forming measurement system(B&K 7768, 7752, WA0890) consisting of 48 microphones. The array results for the 660 kW wind turbine show that all noise is produced during the downward movement of the blades. This result show good agreement with the theoretical result using the empirical formula with the parameters: the convective amplification; trailing edge noise directivity; flow-speed dependence. This agreement implies that the trailing edge noise is dominant over the whole frequency range of the noise from the 660 kW wind turbine using the pitch control for power regulation.
Kim, Mun-Oh;Kim, Bum-Suk;Mo, Jang-Ho;Lee, Young-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.182.1-182.1
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2010
현재 전 세계적으로 가장 널리 개발하고 보급되어지고 있는 풍력산업의 시장 규모는 매년 확대되고 있다. 특히 소형 풍력발전 시스템은 낙도 등의 전력 공급이 어려운 지역에 경제성 있는 전력 보급을 가능하게 한다. 국내의 미전화 지역과 일반 가정에서 풍력 에너지 자원을 적극 활용 개발하기 위해서 보다 우수한 성능의 풍력발전기용 블레이드를 설계하고자, 공기역학적인 최적설계에 대해 연구함으로써 추후 보급형 풍력발전 시스템의 개발에 필요한 설계 기술을 확립하고자한다. 본 연구는 설계된 블레이드의 유동해석 및 성능예측을 위하여 경제적으로 많은 지원이 필요한 대규모 풍동실험이 아닌 상용 CFD를 사용하여 보다 효율적으로 우수한 성능을 가지는 풍력 터빈을 설계함에 있다. Reynolds Averaged Navier-Stokes 방정식에 기반을 둔 CFD의 경우 이론적으로 명확한 해석이 가능하고, 실제 터빈의 운전 환경과 동일한 다양한 물리적 변수를 입력 데이터로서 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 풍력 터빈의 설계 과정에서 반영된 미소한 블레이드 형상변화 및 운전 조건의 변화에 따른 유동장의 변화 및 풍력터빈 성능을 정확히 예측할 수 있는 장점을 가지고 있다.
An investigation on aerodynamic performance of a highly-loaded axial fan has been conducted to find the effects of tip injection and casing groove on aerodynamic performance in this study. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $k-{\varepsilon}$ turbulence model were used to analyze the fluid flow in the fan with Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis. The hexahedral grid was used to construct computational domain, and the grid dependency test drew the optimal grid system. FSI analysis was also carried out to predict the deformation of rotor and stator blades, and the effect of deformation on the aerodynamic performance of axial fan was analyzed compared to the performance predicted without FSI analysis.
Park, Jong-Hyeok;No, Tae-Su;Mun, Jeong-Hui;Kim, Ji-Eon
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.12
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pp.25-34
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2006
In this paper, a method of designing the pitch control algorithm for the wind turbine generator system (WTGS) and results of nonlinear simulation are presented. For this, the WTGS is treated as a multibody system and the blade element and momentum theory are adopted to model the aerodynamic force and torque acting the rotor blades. For the purpose of controller design, the WTGS is approximated to 1 DOF system using the fact that the WTGS is eventually a constrained multibody system. Then a classical PID controller is designed and used to regulate the rotational speed of the generator. FORTRAN based nonlinear simulation program is written and used to evaluate the performance of the proposed controller at the various wind scenario and operational modes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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