• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제1권2호
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• pp.64-69
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• 2009

The two-dimensional unsteady flow around a vertical axis turbine for tidal stream energy conversion was investigated using a computational fluid dynamics tool solving the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. The geometry of the turbine blade section was NACA653-018 aiifoil. The computational analysis was done at several different angles of attack and the results were compared with the corresponding experimental data for validation and calibration. Simulations were then carried out for the two-dimensional cross section of a vertical axis turbine. The simulation results demonstrated the usefulness of the method for the typical unsteady flows around vertical axis turbines. The optimum turbine efficiency was achieved for carefully selected combinations of the number of blades and tip speed ratios.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제15권2호
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• pp.142-149
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• 2012

다양한 축척을 갖는 조류발전용 수직축 터빈의 유속과 직경의 변화가 터빈의 유체공학적 효율에 미치는 영향을 수치적으로 연구하였다. 수치해석은 직경 산정식을 사용하여 도출된 동일형상의 다양한 치수의 기준터빈에 대하여 수행되었으며 유속과 직경 변화에 따른 효율의 차이에 대해 알아보았다. 해석결과 터빈의 효율은 레이놀즈 수 변화에 따라 체계적으로 증가하는 것을 확인하였으며, 이로부터 크기가 다른 동일형상의 터빈의 성능은 TSR(Tip Speed Ratio)과 레이놀즈수(Reynolds number)만의 함수로 표시할 수 있음을 알 수 있었다. 이상의 수치해석 결과를 이용하여 수직축 터빈 초기설계단계에서 필요한 간편한 용량산정기법을 제안하고 유속, 직경, 터빈회전수 간의 상호관계를 다양한 관점에서 도표화 하였다. 본 연구는 터빈용량 10 kW~300 kW 사이의 수직축 터빈 초기설계 시에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권2호
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• pp.151-158
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• 2016

조류발전단지는 유망한 해역에 터빈을 복수로 다배열하여 발전하는 시스템을 말한다. 이러한 단지는 각 터빈이 최대 효율로 작동하고, 최대 발전량을 얻을 수 있도록 설계되어야 하는데, 이를 위해서는 터빈 사이의 간섭으로 인한 성능 저하가 발생하지 않도록 터빈은 일정 거리를 두고 배치되어야 한다. 수평축 터빈의 경우 EMEC(European Marine Energy Centre)에서 배치거리를 제안하고 있으나, 수직축 터빈은 그러한 규정이 제안된 바 없다. 여러 연구 결과들에 따르면 수직축 터빈이 인접할 경우 성능의 향상까지 도모될 수 있으므로, 그 배치는 수평축 터빈보다 더욱 중요하게 검토될 필요가 있다. 본 논문에서는 수직축 터빈에 대하여 수평축 터빈과 같이 일정 거리를 두고 배치하는 것과 터빈을 인접하도록 배치하는 것과의 차이를 조사하였다. 이를 위해 두 터빈간의 거리와 회전방향을 파라메터로 하여 그에 따른 성능 차이를 수치해석적으로 연구하였고, 그 이유를 파악하고자 하였다. 본 연구를 통하여 가장 적절한 수치해석 영역과 조건을 설정할 수 있었으며, 인접한 두 터빈이 각각 반시계-시계방향으로 회전하는 것이 단독 터빈 2기 대비 약 9.2%의 성능향상이 예측되었다. 터빈이 대각으로 배치된 경우는 최대 약 5.6%정도 성능이 향상됨을 확인하였다. 본 연구는 수직축 터빈을 이용한 조류발전단지를 설계시 유용한 정보가 될 것으로 기대된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권2호
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• pp.61-70
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• 2013

조류발전용 수직축터빈(VAT)의 3차원적인 유체동력학적 성능을 효과적으로 예측할 수 있는 연구를 진행하였다. 수치해석은 2차원과 3차원으로 수행하였으며 이를 통해 물리적 유동현상의 차이를 파악하였다. 3차원 효과는 주로 날개 끝단에서 발생하는 날개끝 보오텍스가 주된 원인으로서, 이로 인해 터빈 날개가 내어주는 양력이 손실되고 회전하는 터빈은 토크가 감소하였다. 이러한 현상은 본 연구에서 채택한 통상적인 수직축 터빈의 스팬-직경비 범위에서 상당한 수준으로 나타남을 확인하였다. 본 연구에서는 대상 터빈을 선정하고 2차원으로 성능해석 후 3차원 효과를 보정하는 비교적 간단하고 효과적인 방법을 제안하였다.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2006년 창립20주년기념 정기학술대회 및 국제워크샵
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• pp.80-90
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• 2006

The influence of waves on the dynamic properties of bending moments at the root of blades of tidal stream vertical axis rotors is reported. Blade theory for wind turbine is combined with linear wave theory and used to analyse this influence. Experiments were carried out to validate the simulation and the comparison shows the usefulness of the theory in predicting the bending moments. The mathematical model is then used to study the importance of waves for the fatigue design of the blade-hub connection.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권4호
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• pp.241-248
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• 2010

본 논문은 조류발전을 위하여 가장 보편적으로 사용되는 수직축 조류발전 터빈의 하나인 다리우스 터빈의 효율에 미치는 다양한 설계변수의 영향을 살펴보기 위하여 수행하였다. 날개 수, 코드 길이, 피치 및 캠버를 설계변수로 채택하였으며, 2차원 및 3차원 비정상 난류유동해석을 위하여 FLUENT의 RANS방정식과 k-e 난류모델을, 격자계 모델링을 위하여 GAMBIT을 이용하였다. 기본적인 수치해석방법은 정현주 등(2009)을 참조하였다. 설계변수 변경에 따른 방대한 계산 량을 감안하여 수치해석의 신뢰도가 허락하는 범위에서 대부분 2차원 해석으로 결과를 도출하였다. 본 연구에서 제시한 설계변수의 최적화를 통하여 기준모형보다 월등한 성능을 보이는 고효율 수직축 터빈 모델을 제시할 수 있었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권2호
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• pp.114-120
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• 2011

조류발전용 다리우스 터빈의 변형된 형태인 헬리컬 터빈의 설계 인자 변화에 따른 성능을 수치해석으로 살펴보았다. 헬리컬 터빈은 수직축 다리우스 터빈을 회전축을 중심으로 상부와 하부를 비틀리게 함으로써 다리우스 터빈의 일반적인 취약점인 초기구동불량과 진동문제를 개선하기 위해 고안된 형태이다. 본 논문에서는 헬리컬 터빈의 비틀림각(Twisting Angle)과 직경대비 높이를 변화시키며 수치해석을 수행하였고, 결과를 바탕으로 최적의 구조를 제안하였다. 3차원 비정상 난류유동해석을 위하여 FLUENT의 RANS방정식과 k-${\omega}$ SST 난류모델을, 격자계 모델링을 위하여 GAMBIT을 이용하였다. 헬리컬 터빈은 적절한 비틀림각에서 양호한 발전효율을 보장하면서 진동을 유발하는 회전력 변화의 진폭을 최소화 할 수 있음을 확인하였고, 효율의 최대가 확보되는 터빈의 최소 높이를 발견하였다.

• 신재생에너지
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• 제5권2호
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• pp.3-8
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• 2009

Tidal current power system is one of ocean renewable energies that can minimize the environmental impact with many advantages compared to other energy sources. Not like others, the produced energy can be precisely predicted without weather conditions and also the operation rate is very high. To convert the current into power, the first device encountered to the incoming flow is the rotor that can transform into rotational energy. The performance of rotor can be determined by various design parameters including numbers of blade, sectional shape, diameter, and etc. The stream lines near the rotating rotor is very complex and the interference effects around the system is also difficult to predict. The paper introduces the experiment of rotor performance and also the fundamental study on the characteristics of three different rotors and flow near the rotor by CFD.