Most airfoils for wind turbines commercially available have been developed for aircrafts, which are operated at high Reynolds numbers. However, Reynolds numbers of wind turbines are very low compared to those of aircrafts. In other to improve wind turbine performances, airfoils for the use of wind turbine shall be designed such as S-series airfoils developed by NREL in America. The authors have designed new airfoils for wind turbines considering designated operation conditions of wind turbines and even local wind resources in Korea. The designed airfoils are characterized by improved roughness insensitivities compared to other airfoils such as S814 and S820. The developed KWA005-240 and KWA009-127 are for root and tip sections of a wind turbine blade, respectively. Although the results show much improved performances against NACA airfoils, performance data of post-stall regulation loses some accuracies due to the characteristics of the simulation tool of XFOIL. Therefore, wind tunnel experiments are required for more accurate evaluation of the designed airfoils. Currently, the experiments has been completed and the data analysis works are going on now. The final results obtained from the experiments will be published soon.
Estimates of wind-induced wind effects on tall buildings are based largely on 1980s technology. Such estimates can vary significantly depending upon the wind engineering laboratory producing them. We describe an efficient database-assisted design (DAD) procedure allowing the realistic estimation of wind-induced internal forces with any mean recurrence interval in any individual member. The procedure makes use of (a) time series of directional aerodynamic pressures recorded simultaneously at typically hundreds of ports on the building surface, (b) directional wind climatological data, (c) micrometeorological modeling of ratios between wind speeds in open exposure and mean wind speeds at the top of the building, (d) a physically and probabilistically realistic aerodynamic/climatological interfacing model, and (e) modern computational resources for calculating internal forces and demand-to-capacity ratios for each member being designed. The procedure is applicable to tall buildings not susceptible to aeroelastic effects, and with sufficiently large dimensions to allow placement of the requisite pressure measurement tubes. The paper then addresses the issue of accounting explicitly for uncertainties in the factors that determine wind effects. Unlike for routine structures, for which simplifications inherent in standard provisions are acceptable, for tall buildings these uncertainties need to be considered with care, since over-simplified reliability estimates could defeat the purpose of ad-hoc wind tunnel tests.
Today, high-speed trains enjoy wide acceptance as fast, convenient and environment-friendly means of transportation. However, increase in the speed of the train entails a concomitant increase in the aerodynamic noise, adversely affecting the passenger comfort. At the train speed exceeding 300 km/h, the effects of turbulent flows and vortex sheddding are greatly amplified, contributing to a significant increase in the aerodynamic noise. Drawing a biomimetic analogy from low-noise flight of owl, a method to reduce aerodynamic noise at inter-coach space of high-speed trains is investigated. The proposed method attempts to achieve the noise reduction by modifying the turbulent flow and vortex shedding characteristics at the inter-coach space. To determine the aerodynamic noise at various train speeds, wind tunnel testing and numerical CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation for the basic inter-coach spacing model are carried out, and their results compared. The simulation and experimental results reveal that there are discrete frequency components associated with turbulent air flow at constant intervals in the frequency domain
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권4호
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pp.485-492
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2015
Small advance ratio and low Reynolds number of stratospheric propulsion system bring lots of challenges to the design of propellers. Contra-rotating propeller configuration is proposed to improve the propulsion efficiency. In this paper, the feasibility of contra-rotating propeller for stratospheric airship has been assessed and its performance has been investigated by wind tunnel tests. The experimental results indicate, at relatively low Reynolds number, although the advance ratio is fixed, the performance of propellers is different with variation of Reynolds number. Moreover, at the same Reynolds number, the efficiency of contra-rotating propeller achieved appears to be a few percent greater than that for a standard conventional propulsion system. It can be concluded that contra-rotating propellers would be an efficient means to improve the performance of stratospheric airship propulsion system.
적외선 열화상 방식을 사용하여 초음속 풍동모델 표면온도를 측정하였다. 표면온도를 정량적으로 파악하기 위해 적외선 카메라 감지신호의 흑체 보정, 카메라와 렌즈의 불완전한 평형 등으로 야기되는 왜곡 보정, 그리고 모델표면 시야각에 따른 방사율 보정을 수행하였다. 본 연구를 통해 적외선 카메라를 이용한 표면온도측정의 왜곡보정 기술을 확보하였으며, 공력특성 실험을 통해 통상적으로 사용되는 이차원 시험모델 사용시 정성적일 뿐만 아니라 정량적인 계측을 위해서는 왜곡보정이 고려되어야 함을 입증하였다.
Moradian, Niloofar;Ting, David S.K.;Cheng, Shaohong
Wind and Structures
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제14권1호
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pp.35-53
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2011
Spherical object in wind is a common scenario in daily life and engineering practice. The main challenge in understanding the aerodynamics in turbulent wind lies in the multi-aspect of turbulence. This paper presents a wind tunnel study, which focuses on the role of turbulence integral length scale ${\Lambda}$ on the drag of a sphere. Particular turbulent flow conditions were achieved via the proper combination of wind speed, orifice perforated plate, sphere diameter (D) and distance downstream from the plate. The drag was measured in turbulent flow with $2.2{\times}10^4{\leq}Re{\leq}8{\times}10^4$, $0.043{\leq}{\Lambda}/D{\leq}3.24$, and turbulence intensity Tu up to 6.3%. Our results confirmed the general trends of decreasing drag coefficient and critical Reynolds number with increasing turbulence intensity. More interestingly, the unique role of the relative integral length scale has been revealed. Over the range of conditions studied, an integral length of approximately 65% the sphere diameter is most effective in reducing the drag.
The prediction of multimode flutter relies, to a larger extent than bimodal flutter, on accurate modeling of the self-excited forces since it is challenging to perform experimental validation by using aeroelastic tests for a multimode case. This paper sheds some light on the accuracy of predicted self-excited forces by comparing numerical predictions of self-excited forces with measured forces from wind tunnel tests considering the flutter vibration mode. The critical velocity and the corresponding flutter vibration mode of the Hardanger Bridge are first determined using the classical multimode approach. Then, a section model of the bridge is forced to undergo a motion corresponding to the flutter vibration mode at selected points along the bridge, during which the forces that act upon it are measured. The measured self-excited forces are compared with numerical predictions to assess the uncertainty involved in the modeling. The self-excited lift and pitching moment are captured in an excellent manner by the aerodynamic derivatives. The self-excited drag force is, on the other hand, not well represented since second-order effects dominate. However, the self-excited drag force is very small for the cross-section considered, making its influence on the critical velocity marginal. The self-excited drag force can, however, be of higher importance for other cross-sections.
Ice accretions on stay cables may result in the instable vibration of galloping, which would affect the safety of cable-stayed bridges. A large number of studies have investigated the galloping vibrations of transmission lines. However, the obtained aerodynamics in transmission lines cannot be directly applied to the stay cables on cable-stayed bridges. In this study, linear and nonlinear single degree-of-freedom models were introduced to obtain the critical galloping wind velocity of iced stay cables where the aerodynamic lift and drag coefficients were identified in the wind tunnel tests. Specifically, six ice shapes were discussed using section models with geometric scale 1:1. The results presented obvious sudden decrease regions of the aerodynamic lift coefficient for all six test models. Numerical analyses of iced stay cables associated to a medium-span cable-stayed bridge were carried out to evaluate the potential galloping instability. The obtained nonlinear critical wind velocity for a 243-meter-long stay cable is much lower than the design wind velocity. The calculated linear critical wind velocity is even lower. In addition, numerical analyses demonstrated that increasing structural damping could effectively mitigate the galloping vibrations of iced stay cables.
본 연구에서는 전기 동력 소형 고정익 무인항공기의 낮은 레이놀즈 영역 및 최소한의 제원으로 운용에 필요한 성능을 일반적인 이론 분석으로 예측하였다. 이를 간단한 전기모터 풍동시험과 실증 비행시험을 통해 비교 분석하여 이론 분석의 타당성을 확인하였다. 분석한 결과의 타당성 확인 결과, 3.5 kg의 고정익 소형 무인항공기는 일반적인 이론분석으로 공력 성능의 분석이 가능하지만, 필요추력은 설계오류가 발생할 가능성이 있는 것으로 확인된다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 낮은 레이놀즈 영역에서 비행하는 유사 소형 고정익 무인항공기 개발 시 설계오류를 최소화 하는 방법을 제안하였다.
Papinutti, Mitja;Cetina, Matjaz;Brank, Bostjan;Petersen, Oyvind W.;Oiseth, Ole
Wind and Structures
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제31권6호
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pp.561-573
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2020
Unsteady self-excited forces are commonly represented by parametric models such as rational functions. However, this requires complex multiparametric nonlinear fitting, which can be a challenging task that requires know-how. This paper explores the alternative nonparametric modeling of unsteady self-excited forces based on relations between flutter derivatives. By exploiting the properties of the transfer function of linear causal systems, we show that damping and stiffness aerodynamic derivatives are related by the Hilbert transform. This property is utilized to develop exact simplified expressions, where it is only necessary to consider the frequency dependency of either the aeroelastic damping or stiffness terms but not both simultaneously. This approach is useful if the experimental data on aerodynamic derivatives that are related to the damping are deemed more accurate than the data that are related to the stiffness or vice versa. The proposed numerical models are evaluated with numerical examples and with data from wind tunnel experiments. The presented method can evaluate any continuous fitted table of interpolation functions of various types, which are independently fitted to aeroelastic damping and stiffness terms. The results demonstrate that the proposed methodology performs well. The relations between the flutter derivatives can be used to enhance the understanding of experimental modeling of aerodynamic self-excited forces for bridge decks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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