Control algorithms and implementation issues for a wind turbine simulator are presented for realistic emulation of variable wind characteristics using a lab-scale motor and generator set. When the average wind speed nd turbulence level is given, the torque reference of prime mover is decided through various blocks, such as random wind speed generator, blade characteristic curves, and tower effect compensation. The variable nature of wind can be implemented and tested by not only the computer simulation but also the hardware-in-loop-simulator (HILS). Some application examples of HILS include the development and test of turbine control software for more efficient and stable operation. Feasibility of the proposed simulator has verified by computer simulations and experiment.
Joo, Ji Yong;Han, Seok Gi;Lee, Jun Ho;Rhee, Hyug-Gyo;Huh, Joon;Lee, Kihun;Park, Sang Yeong
Current Optics and Photonics
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v.6
no.5
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pp.445-452
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2022
We developed an adaptive optics test bench using an optical simulator and two rotating phase plates that mimicked the atmospheric turbulence at Bohyunsan Observatory. The observatory was reported to have a Fried parameter with a mean value of 85 mm and standard deviation of 13 mm, often expressed as 85 ± 13 mm. First, we fabricated several phase plates to generate realistic atmospheric-like turbulence. Then, we selected a pair from among the fabricated phase plates to emulate the atmospheric turbulence at the site. The result was 83 ± 11 mm. To address dynamic behavior, we emulated the atmospheric disturbance produced by a wind flow of 8.3 m/s by controlling the rotational speed of the phase plates. Finally, we investigated how closely the atmospheric disturbance simulation emulated reality with an investigation of the measurements on the optical table. The verification confirmed that the simulator showed a Fried parameter of 87 ± 15 mm as designed, but a little slower wind velocity (7.5 ± 2.5 m/s) than expected. This was because of the nonlinear motion of the phase plates. In conclusion, we successfully mimicked the atmospheric disturbance of Bohyunsan Observatory with an error of less than 10% in terms of Fried parameter and wind velocity.
Lee, Jun Ho;Shin, Sunmy;Park, Gyu Nam;Rhee, Hyug-Gyo;Yang, Ho-Soon
Current Optics and Photonics
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v.1
no.2
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pp.107-112
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2017
An adaptive optics system can be simulated or analyzed to predict its closed-loop performance. However, this type of prediction based on various assumptions can occasionally produce outcomes which are far from actual experience. Thus, every adaptive optics system is desired to be tested in a closed loop on an optical test bench before its application to a telescope. In the close-loop test bench, we need an atmospheric simulator that simulates atmospheric disturbances, mostly in phase, in terms of spatial and temporal behavior. We report the development of an atmospheric turbulence simulator consisting of two point sources, a commercially available deformable mirror with a $12{\times}12$ actuator array, and two random phase plates. The simulator generates an atmospherically distorted single or binary star with varying stellar magnitudes and angular separations. We conduct a simulation of a binary star by optically combining two point sources mounted on independent precision stages. The light intensity of each source (an LED with a pin hole) is adjustable to the corresponding stellar magnitude, while its angular separation is precisely adjusted by moving the corresponding stage. First, the atmospheric phase disturbance at a single instance, i.e., a phase screen, is generated via a computer simulation based on the thin-layer Kolmogorov atmospheric model and its temporal evolution is predicted based on the frozen flow hypothesis. The deformable mirror is then continuously best-fitted to the time-sequenced phase screens based on the least square method. Similarly, we also implement another simulation by rotating two random phase plates which were manufactured to have atmospheric-disturbance-like residual aberrations. This later method is limited in its ability to simulate atmospheric disturbances, but it is easy and inexpensive to implement. With these two methods, individually or in unison, we can simulate typical atmospheric disturbances observed at the Bohyun Observatory in South Korea, which corresponds to an area from 7 to 15 cm with regard to the Fried parameter at a telescope pupil plane of 500 nm.
Bitsuamlak, Girma T.;Dagnew, Agerneh;Chowdhury, Arindam Gan
Wind and Structures
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v.13
no.1
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pp.21-36
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2010
A new full scale testing apparatus generically named the Wall of Wind (WoW) has been built by the researchers at the International Hurricane Research Center (IHRC) at Florida International University (FIU). WoW is capable of testing single story building models subjected up to category 3 hurricane wind speeds. Depending on the relative model and WoW wind field sizes, testing may entail blockage issues. In addition, the proximity of the test building to the wind simulator may also affect the aerodynamic data. This study focuses on the Computational Fluid Dynamics (CFD) assessment of the effects on the quality of the aerodynamic data of (i) blockage due to model buildings of various sizes and (ii) wind simulator proximity for various distances between the wind simulator and the test building. The test buildings were assumed to have simple parallelepiped shapes. The computer simulations were performed under both finite WoW wind-field conditions and in an extended Atmospheric Boundary Layer (ABL) wind flow. Mean pressure coefficients for the roof and the windward and leeward walls served as measures of the blockage and wind simulator proximity effects. The study uses the commercial software FLUENT with Reynolds Averaged Navier Stokes equations and a Renormalization Group (RNG) k-${\varepsilon}$ turbulence model. The results indicated that for larger size test specimens (i.e. for cases where the height of test specimen is larger than one third of the wind field height) blockage correction may become necessary. The test specimen should also be placed at a distance greater than twice the height of the test specimen from the fans to reduce proximity effect.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.8
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pp.118-128
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2004
Exhaust plume effects on longitudinal aerodynamics of missile were investigated by wind tunnel tests using a solid plume simulator and CFD analyses with both the solid plume and air jet plumes. Approximate plume boundary prediction technique was used to produce the outer shape of the solid plumer and chamber conditions and nozzle shapes of the air jet plumes were determined through plume modeling technique to compensate the difference in thermodynamic properties between air and real plume. From comparisons among turbulence models in case of external flow interaction with the air jet plume, Spalart-Allmaras model turned out to give accurate result and to be less grid-dependent. Effects induced by the plume were evaluated through the computations with Spalart-Allmaras turbulence model and the air jet plume to account for various ratios of chamber and ambient pressure and Reynolds number under the flight test condition.
Park, Byung-Hoon;Ki, Wan-Do;Lim, Ji-Hwan;Yoon, Woong-Sup
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.11a
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pp.344-352
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2006
Evacuation performance, starting transient, and plume blowback at diffuser breakdown of a straight cylindrical supersonic exhaust diffuser with no externally supplied secondary flow are investigated. Pressure records in the transitional periods are measured by a small-scale cold-gas simulator. Flow-fields evolving in the diffuser-type ejector are solved by preconditioned Favre-averaged Navier-Stokes equations with a low-Reynolds number $k-{\varepsilon}$ turbulence model edited for turbulence compressibility effects. The present RANS method is properly validated with measured static wall pressure distributions and evacuation level at steady operation as well as the pressure records during the transition regime.
The effect of sub-grid turbulence and combustion models on the mean flame height in a heptane pool fire according to the Fire Dynamics Simulator (FDS) version (5 and 6) based on Large Eddy Simulation (LES) was examined. The heat release rate for the fire simulation was provided through experiments performed under identical conditions and the predictive performance of the mean flame height according to FDS version was evaluated by a comparison with the existing correlation. As a result, the Smagorinsky and Deardorff turbulence models applied to FDS 5 and 6, respectively, had no significant effects on the mean flow field, flame shape and flame height. On the other hand, the difference in pool fire characteristics including the mean flame height was due mainly to the difference in the mixture fraction and Eddy Dissipation Concept (EDC) combustion models applied to FDS 5 and 6, respectively. Finally, compared to FDS 6, FDS 5 provided the predictive result of a significantly longer flame height and more consistent mean flame height than the existing correlation.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.278-281
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2004
To realize magnetic sails, momentum of the solar wind should be efficiently transferred to a spacecraft via magnetic field, which is produced around a spacecraft. In this paper, two important physical processes are addressed: 1) diffusive processes caused by plasma turbulence at the magnetospheric boundary around the spacecraft; and 2) field aligned current loops that will electrically connect the magnetospheric boundary and the spacecraft. The idea of the magnetic sails will be demonstrated by an experimental simulator, in which a fast plasma beam will penetrate into a dipole magnetic field. For that purpose, the two important physical processes should be scaled down to a small laboratory experiment in a space chamber. From the scaling considerations, the interaction can be scaled down if high-speed and high-density $(10^{19}m^{-3})$ plasma jet is used with 1-T-class magnetic field.
An Euler-Lagrange two-phase flow model is presented fur simulation sheet-flow transport under wave and current. The flow is computed by solving the Reynolds Averaged Navier-Stokes equation in conjunction with the k-$\varepsilon$ turbulence model for turbulence closure. The sediment transport is introduced as a motion of granular media under the action of unsteady flow from the Lagragian point of view. In other word, motion of every single particle is numerically traced with Movable Bed Simulator (MBS) code based on the Distinct Element Method (DEM), in which the frequent interparticle collision of the moving particles during the sheet-flow transport is sophisticatedly taken into account. The particle diameter effect on time-dependent developing process of sheet-flow transport is investigated, by using three different diameter sizes of sediment. The influence of an imposed current on oscillatory sheet-flow transport is also investigated. It is concluded that the sediment transport rate increases due to the relaxation process related to the time-lag between flow velocity and sediment motion.
Numerical methods are applied to simulate the smoke behavior in a ventilated tunnel using large eddy simulation (LES) which is incorporated in FDS (Fire Dynamics Simulator) with proper combustion and radiation model. In this study, present numerical results are compared with data obtained from experiments on pool fires in a ventilated tunnel. The model tunnel is $182m(L){\times}5.4m(W){\times}2.4m(H)$. Two fire scenarios with different ventilation rates are considered with two different fire strengths. The present results are analyzed with those from LES without combustion and radiation model and from RANS ($\kappa-\epsilon$) model as well. Temperature distributions caused by fire in tunnel are compared with each other. It is found that thermal stratification and smoke back-layer can be predicted by FDS and the temperature predictions by FDS show better results than LES without combustion and radiation model. The FDS solver, however, failed to predict correct flow pattern when the high ventilation rate is considered in tunnel because of the defects in the tunnel-inlet turbulence and the near-wall turbulence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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