Kim, Beom-Seok;Nam, Chung-Do;Kim, You-Taek;Kim, Jin-Gu;Lee, Young-Ho
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2005.11a
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pp.168-169
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2005
The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) was developed by use of BEMT. The Prandtl's tip loss theory was adopted to consider the blade tip loss. The lift and the drag coefficient of S-809 airfoil were predicted via X-FOIL and also the post stall characteristics of S-809 were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the wind tunnel test results, performed by Sommers in Delft university of technology. The rated power of the testing rotor is 20kW(FIL-20) at design conditions. The experimental aerodynamic parameters and the X-FOIL data were used for the power prediction of the FIL-20 respectively. The comparison results shows good agreement in power prediction.
The Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) analysis of the 3-D steady flow around the NREL Phase VI horizontal axis wind turbine(HAWT) rotor was performed. The CFD analysis results were compared with experimental data at several different wind speeds. The present CFD model shows good agreements with the experiments both at low wind speed which formed well-attache flow mostly on the upper surface of the blade, and at high wind speed which blade surface flow completely separated. However, some discrepancy occurs at the relatively high wind speeds where mixed attached and separated flow formed on the suction surface of the blade. It seems that the discrepancy is related to the onset of stall phenomena and consequently separation prediction capability of the current turbulence model. It is also found that strong span-wise flow occurs in stalled area due to the centrifugal force generated by rotation of the turbine rotor and it prevents abrupt reduction of normal force for higher wind speed than the designed value.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.136-142
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2008
The influence of different grids on numerical prediction of subsonic compressor performance and stall was investigated. Two types of grids were examined, structured H type grid and structured O-H type grid. Evaluations were conducted by comparing the numerical results with experimental results obtained from a low-speed single-stage rig test for a new concept compressor, called diffuser passage compressor, aiming at improving tip clearance sensitivity. At low mass flow operating conditions, the numerical calculation with O-H type grid showed that the lowest mass flow operating point for which the calculation was able to converge was almost the same as the lowest steady mass flow obtained from the rig test. On the other hand, the numerical calculation with structured H type grid diverged at higher mass flow operating point. It was found that this difference was attributed to the effect of double-valuedness of H type grid that existed at leading edge on the boundary layer development on the blade surface.
Bo Ra, Kim;Seung Hun, Lee;Seung Hyun, Jang;Gwang Il, Hwang;Min, Yoon
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.20
no.3
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pp.109-116
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2022
The optimized design of airfoils is essential to increase the performance and efficiency of wind turbines. The aerodynamic characteristics of airfoils near the stall show large deviation from experiments and numerical simulations. Hence, it is needed to perform repetitive analysis of various shapes near the stall. To overcome this, the artificial intelligence is used and combined with numerical simulations. In this study, three types of airfoils are chosen, which are S809, S822 and SD7062 used in wind turbines. A convolutional neural network model is proposed in the combination of VGG16 and U-Net. Learning data are constructed by extracting pressure fields and aerodynamic characteristics through numerical analysis of 2D shape. Based on these data, the pressure field and lift coefficient of untrained airfoils are predicted. As a result, even in untrained airfoils, the pressure field is accurately predicted with an error of within 0.04%.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.7
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pp.20-28
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2002
In this paper, the aerodynamic performance prediction of a 30kW counter-rotating (C/R) wind turbine system has been made by using the momentum theory as well as the two-dimensional quasi-steady strip theory with special care on the wake and the post-stall effects. In order to take into account the wake effects in the performance analysis, the wind tunnel test data obtained for a scaled blade are used. Both the axial and rotational inductions behind the auxiliary rotors are determined through the wake model. In addition, the optimum chord and twist distributions along the blades are obtained from the Glauert's optimum actuator disk model considering the Prandtl's tip loss effect. The performance results of the counter-rotating wind turbine system are compared with those of the conventional single rotor system and demonstrated the effectiveness of the counter-rotating wind turbine system.
Centrifugal compressors are widely used and each operating condition is different. However, it cannot be manufactured according to the every operating condition. In the this study, performance of compressor was evaluated with various rotational speeds of impeller and various stagger angles of diffuser in order to apply a typical model widely. A centrifugal compressor was designed and manufactured based on the design point. On this machines, an experiment was conducted and the performance was predicted at off-design point. The performance prediction was validated with the experimental result and the numerical result. Although the isentropic efficiency on the prediction was slightly lower than that on the experimental result due to the heat loss in the experiment, the pressure ratio was predicted well and also the predicted results were matched well with the numerical results. When the rotational speed of the impeller and the stagger angle of the diffuser were changed together, the compressor can be worked in the high efficiency region and avoided operating in the stall region.
Despite of the laminar-turbulent transition region co-exist with fully turbulence region around the leading edge of an airfoil, still lots of researchers apply to fully turbulence models to predict aerodynamic characteristics. It is well known that fully turbulent model such as standard k-${\varepsilon}$ model couldn't predict the complex stall and the separation behavior on an airfoil accurately, it usually leads to over prediction of the aerodynamic characteristics such as lift and drag forces. So, we apply correlation based transition model to predict aerodynamic performance of the NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase IV wind turbine. And also, compare the computed results from transition model with experimental measurement and fully turbulence results. Results are presented for a range of wind speed, for a NREL Phase IV wind turbine rotor. Low speed shaft torque, power, root bending moment, aerodynamic coefficients of 2D airfoil and several flow field figures results included in this study. As a result, the low speed shaft torque predicted by transitional turbulence model is very good agree with the experimental measurement in whole operating conditions but fully turbulent model(k-${\varepsilon}$) over predict the shaft torque after 7m/s. Root bending moment is also good agreement between the prediction and experiments for most of the operating conditions, especially with the transition model.
Park, Jun-Young;Park, Moo-Ryong;Choi, Bum-Suk;Song, Je-Wook
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.2
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pp.141-148
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2009
Axial-flow compressor is one of the most important parts of gas turbine units with axial turbine and combustor. Therefore, precise prediction of performance is very important for development of new compressor or modification of existing one. Meanline analysis is a simple, fast and powerful method for performance prediction of axial-flow compressors with different geometries. So, Meanline analysis is frequently used in preliminary design stage and performance analysis for given geometry data. Much correlations for meanline analysis have been developed theoretically and experimentally for estimating various types of losses and flow deviation angle for long time. In present study, meanline analysis program was developed to estimate compressor losses, incidence angles, deviation angles, stall and surge conditions with many correlations. Performance prediction of one stage axial compressors is conducted with this meanline analysis program. The comparison between experimental and numerical results show a good agreement. This meanline analysis program can be used for various types of single stage axial-flow compressors with different geometries, as well as multistage axial-flow compressors.
In the present paper, a flap was optimized to maximize the lift. A 2-element fowler flap system was utilized for optimization with an initial shape of general aviation airfoil and a flap shape designed by Wentz. Response surface method and Hicks-Henne shape function were implemented for optimization. 2-D Navier-Stokes method was used to solve flow field around aGA(W)-1 airfoil with a fowler flap. Commercial programs including Visual-Doc, Gambit/Tgridand Fluent were used. Upper surface shape and the flap gap were optimized and lift for landing condition was improved considerably. The original and optimized flaps were tested in the KARI's 1-m low speed wind tunnel to examine changes in aerodynamic characteristics. For optimized flap tests, the similar trend to prediction could be seen but stall angle of attack was lower than what was expected. Also, less gap than optimized design delayed stall and produced better lift characteristics. This is believed to be the effect of turbulence model.
The unsteady-state, incompressible and three-dimensional large eddy simulation(LES) was carried out to analyze the structure of turbulent flow fields according to the operating loads of three-dimensional small-size axial fan(SSAF). LES shows the best prediction performance in comparison with any other Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) method because static pressure coefficients analysed by LES show a little bit larger than measurements including all flow coefficients. Also, it can be known that the wake of SSAF is divided into from axial flow to radial flow before and behind stall region according to the increase of static pressure through LES analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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