Kim, Hyun-Goo;Woo, Sang-Woo;Jang, Moon-Seok;Shin, Hyuong-Ki
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2008.05a
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pp.278-281
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2008
This study demonstrates the advantages of a shear-free structure designed to modify vertical profiles of wind speed in the atmospheric surface layer. Computational fluid dynamics(CFD) software, FLUENT is used to interpret the velocity field modification around the structure and wind turbine. The shapes of shear-free structure, installed at upstream toward prevailing wind direction, would be fences, buildings and trees, etc. According to the simulation results, it is obvious that wind shear between heights of wind turbine's blades is decreased together with a speed-up advantage. This would lead decrease of periodic wind loading caused by wind shear and power-out increase by flow uniformity and wind speed-up.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.16
no.1
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pp.1-8
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2020
In this study, a new shape of wind turbine with horizontal axis has been proposed. The proposed wind turbine has two pairs of 3 tiltable blades which minimizes air resistance during the reverse rotational direction. Under a given wind speed, 3D numerical simulations on tiltable blades were performed for various TSRs(tip-speed-ratios). Four cases of rotational position was considered to analyze the torque and wind power generated on the blade surfaces. The results show that the maximum wind power occurs at the TSR of 0.2. Due to the blade tilting, the wind passes through the blade without air resistance at the reverse rotational direction. The torque is mainly caused by pressure differences between the front and rear surface of the blade, and it becomes maximum when the blade is located at the azimuth angle of 330°.
The rated power and rotor diameters of wind turbines are significantly increasing for maximized energy production and minimized LCoE, especially for offshore wind turbines. Along with this, the loads and weight of rotor blades are inevitably increasing. Therefore, designers are striving to develop light structures by reducing unnecessary materials for the blades. However, designers have to develop a novel design concept to increase the critical buckling load since lightweight designs compromise the critical buckling load, which is frequently the critical design point for ultra-large wind turbine blades. In this paper, the concept of local reinforcement is introduced as a new structural design concept to increase the buckling load. Moreover, its verification procedure and modeling methodology were studied and verified by application to a 3 MW wind turbine blade.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.8
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pp.877-884
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2006
The objective of this study is to investigate the aerodynamic characteristics of a vertical axis wind turbine blade as the basic study of a design of a vertical axis wind turbine. The lift and drag coefficients of the various shape of the vortical axis wind turbine blades are analyzed and compared using the CFD code Fluent. To validate the numerical analysis, the predicted results of the Fluent are compared with those of the Xfoil code and the experimental results. We conclude that the program Fluent can be used to predict the aerodynamics of the wind turbine blade. By comparing the predicted results of the aerodynamic characteristics of the different shape of the blades, an appropriate shape of the blade is suggested to design the vortical axis wind turbine blade.
In order to reduce the dependency on fossil fuels, a policy to increase the production capacity of wind turbine is set up. This can be achieved with increasing the dimensions of offshore wind turbine blades. However, this increase in size implies serious problems of stability and durability. Considering the cost of large turbines and financial consequences of their premature failure, it is imperative to carry out numerical simulations over long periods. Here, an energy-conserving time-stepping scheme is proposed in order to ensure the satisfying computation of long-term response. The proposed scheme is implemented for three-dimensional solid based on Biot strain measures, which is used for modeling flexible blades. The simulations are performed at full spatial scale. For reliable design process, the wind loads should be represented as realistically as possible, including the fluid-structure interaction (FSI) dynamic effects on wind turbine blades. However, full-scale 3D FSI simulations for long-term wind loading remain of prohibitive computation cost. Thus, the model to quantify the wind loads proposed here is a simple, but not too simple to be representative for preliminary design studies.
This work dealt with the design and manufacturing of composite blades of a vertical axis wind turbine system. In this work, aerodynamic and structural designs of sandwich composite blades for a vertical axis wind turbine system were performed. First, the aerodynamic and structural design requirements of the composite blades were investigated. After the structural design was complete, a structural analysis of the wind turbine blades was performed using the finite element analysis method. It was performed with the stress and displacement analysis at the applied load condition. A design modification for the structurally weak part was proposed as a result of the structural analysis. Through another structural analysis, it was confirmed that the final designed blade structure is safe.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.11-16
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2007
This paper describes the cycloidal wind turbine, which is a straight blade vertical axis wind turbine using the cycloidal blade system. Cycloidal blade system consists of several blades rotating about an axis in parallel direction. Each blade changes its pitch angle periodically. Cycloidal wind turbine is different from the previous turbines. The wind turbine operates with optimum rotating forces through active control of the blade to change pitch angle and phase angle according to the changes of wind direction and wind speed. Various numerical experiments were conducted to develop a small vertical axis wind turbine of 1 kW class. For this numerical analysis, the rotor system equips four blades consisting of a symmetric airfoil NACA0018 of 1.0m in span, 0.22m in chord and 1.0m in radius. A general purpose commercial CFD program, STAR-CD, was used for numerical analysis. PCL of MSC/PATRAN was used for efficient parametric auto mesh generation. Variables of wind speed, pitch angle, phase angle and rotating speed were set in the numerical experiments. The generated power was obtained according to the various combinations of these variables. Optimal pitch angle and phase angle of cycloidal blade system were obtained according to the change of the wind direction and the wind speed. Based on data obtained from the above analysis, control device was designed. The wind direction and the wind speed were sensed by a wind indicator and an anemometer. Each blades were actuated to optimal performance values by servo motors.
Geunsu Joo;Jin Bum Moon;Si-Hyun Kim;Min-Gyu Kang;Ji-Hoon Kim
Journal of Wind Energy
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v.13
no.3
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pp.53-60
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2022
This paper deals with the structural analysis of wind turbine blades considering the bi-modulus property of CFRP, known as a more economic and efficient material for very large blades. The bi-modulus property is an unique characteristic of CFRP that shows higher tensile modulus than compressive modulus. Due to this characteristic, it is needed to apply the bi-modulus property to the computational analysis of CFRP blades to achieve more accurate results. In this paper, a novel method is proposed to apply the bi-modulus property of CFRP in a numerical simulation. To demonstrate the bi-modulus effect in FE analysis, the actual bi-modulus of CFRP was measured and applied to the structural analysis of a wind turbine blade. Moreover, the effects of the proposed method were evaluated by comparing the analysis results with actual full-scale blade static test results. As a result, it was verified that the proposed method could appropriately simulate the bi-modulus during FE analysis. Moreover, the accuracy of blade structural analysis was improved in accordance with the application of the bi-modulus property.
Wind turbine blades will be required to be longer, lighter, more reliable and more consistent. Therefore it is necessary to lose weight of the wind turbine blades. This points squarely toward prepreg blade production growing. It is important to note however that prepreg blade production as it is today is flawed and that there are ways to improve greatly on the performance of these blades in manufacturing process and in their in-service performance. Through this, we have some detail on the current process and its advantage of cost and weight of blades.
The fatigue load of a turbine blade has become more important because the size of commercial wind turbines has increased dramatically in the past 30 years. The reduction of the fatigue load can result in an increase in operational efficiency. This paper numerically investigates the load reduction of large wind turbine blades using active aerodynamic load control devices, namely trailing edge flaps. The PD and LQG controllers are used to determine the trailing edge flap angle; the difference between the root bending moment and its mean value during turbulent wind conditions is used as the error signal of the controllers. By numerically analyzing the effect of the trailing edge flaps on the wind turbines, a reduction of 30-50% in the standard deviation of the root bending moment was achieved. This result implies a reduction in the fatigue damage on the wind turbines, which allows the turbine blade lengths to be increased without exceeding the designed fatigue damage limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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