Tuned liquid dampers (TLDs) are increasingly being used as efficient dynamic vibration absorbers to mitigate wind-induced vibration in super high-rise buildings. However, the damping characteristics of screens and the control effectiveness of actual structures must be investigated to improve the reliability of TLDs in engineering applications. In this study, a numerical TLD model is developed using computational fluid dynamics (CFD) and a simulation method for achieving the coupled vibration of the structure and TLD is proposed. The numerical results are verified using shaking table tests, and the effects of the solidity ratio and screen position on the TLD damping ratios are investigated. The TLD control effectiveness is obtained by simulating the wind-induced vibration response of a full-scale structure-TLD system to determine the optimal screen solidity ratio. The effects of the structural frequency, damping ratio, and wind load amplitude on the TLD performance are further analyzed. The TLD damping ratio increases nonlinearly with the solidity ratio, and it increases with the screens towards the tank center and then decreases slightly owing to the hydrodynamic interaction between screens. Full-scale coupled simulations demonstrated that the optimal TLD control effectiveness was achieved when the solidity ratio was 0.46. In addition, structural frequency shifts can significantly weaken the TLD performance. The control effectiveness decreases with an increase in the structural damping ratio, and is insensitive to the wind load amplitude within a certain range, implying that the TLD has a stable damping performance over a range of wind speed variations.
This study is to develop a 1kW-class horizontal axis wind turbine(HAWT) rotor blade which will be applicable to relatively low wind speed regions in southwest islands in Korea. Shape design of 1kW-class small wind turbine rotor blade is carried out using a blade profile with relatively high lift to drag ratio by blade element momentum theory(BEMT). Aerodynamic analysis on the newly designed rotor blade is performed with the variation of tip speed ratio. Power coefficient and pressure coefficient of the designed rotor blade are investigated according to tip speed ratio.
As a first step for aerodynamic analysis of vertical axis wind turbine, dynamic stall characteristics of airfoil was investigated. Dynamic stall of wind turbine airfoil is caused by severe variation of angle of attack and relative velocity of flow around airfoil. Angle of attack and relative velocity can be expressed with tip speed ratio. Variation of angle of attack is strongly dependent on the tip speed ratio. For tip speed ratio, 1.4 and free stream velocity, 15m/s, dynamic stall characteristics of wind turbine airfoil is compared with those of oscillating airfoil having same angle of attack variation.
The wind turbine blade is the equipment converted wind into electric energy. The effect of the blade has influence of the output power and efficiency of wind turbine. The design of blade is considered of lift-to-drag ratio, structure, a condition of process of manufacture and stable maximum lift coefficient, etc. This study is used the simplified method for design of the aerodynamic blade and aerodynamic analysis used blade element method. This process is programed by delphi-language. The program has any input values such as tip speed ratio, blade length, hub length, a section of shape and max lift-to-drag ratio. The program displays chord length and twist angle by input value and analyzes performance of the blade.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.15
no.3
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pp.198-204
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2022
In this paper, the 5kW and 50kW vertical axis wind turbines were studied using the ANSYS flow analysis simulation program. The 5 kW vertical shaft wind turbine has 30 units of the number of main blades and sub-blades and the electrical characteristics were analyzed by changing the tip speed ratio (TSR) from 0.2 to 06. A 50kW vertical axis wind turbine was designed based on the electrical characteristics of a 5kW vertical axis wind turbine. When the tip speed ratio was 0.5, the 5 kW wind power generation showed the maximum output of 9.5 kW and the efficiency of 0.28. The calculation of the power current(Ip) and the power voltage(Ep) show that, as the tip speed ratio increases, the power current(Ip) decreases and the power voltage(Ep) increases. And even if the tip speed ratio was changed, 5kW wind power generation was measured for output of 5 kW or higher. When the tip speed ratio was changed from 0.3 to 0.6, 50 kW wind power generation was output more than 50 kW. When the tip speed ratio of 50kW wind power generation was 0.4, the output was 58.37 [kW] and the efficiency was 0.318, and it was confirmed that the proposed 50kW wind power generation satisfies the design conditions.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.76-83
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2004
The most important element is a rise ratio when regarding beauty and economics of arch bridges. Only the effect of dead load has been considered to decide the rise ratio. In this study, when going over the rise ratio of arch bridges, examined the problems, that the determination of the rise ratio by the dead load has, by adding the factor of a determination of optimum rise ratio, which is not only the effect of the dead load that has been currently considered but also the problem with respect to wind resistant dynamic stability that is now taken seriously. Synthetically, when deciding rise ratio that is investigated in basic step of design, it is not necessary to consider the evaluation wind resistant dynamic stability.
The importance of appropriate use of damping evaluation techniques and points to note for accurate evaluation of damping are first discussed. Then, the variation of damping ratio with amplitude is discussed, especially in the amplitude range relevant to wind-resistant design of buildings, i.e. within the elastic limit. The general belief is that damping increases with amplitude, but it is emphasized that there is no evidence of increasing damping ratio in the very high amplitude range within the elastic limit of main frames, unless there is damage to secondary members or architectural finishings. The damping ratio rather decreases with amplitude from a certain tip drift ratio defined as "critical tip drift ratio," after all friction surfaces between primary/structural and secondary/non-structural members have been mobilized.
In this study, aerodynamic characteristics of a horizontal axis wind turbine (HAWT) were evaluated and discussed in terms of measured data in existing onshore wind farm. Five wind turbines (T1, T2, T3, T4 and T5) were selected, and hub-height wind speed, $U_D$, wind turbine power output, P and turbine rotational speed, ${\Omega}$ data measured from these turbines were used for evaluation. In order to obtain characteristics of axial flow induction factor, a, power coefficient, $C_p$, thrust force coefficient, $C_T$, thrust force, T and tangential flow induction factor, a', Blade Element Momentum (BEM) theory was used. According to the results obtained, during a year, probability density of turbines at a rotational speed of 16.1 rpm was determined as approximately 45%. Optimum tip speed ratio was calculated to be 7.12 for most efficient wind turbine. Maximum $C_p$ was found to be 30% corresponding to this tip speed ratio.
In order to fast predict the wind-driven current in a small bay, a convolution method in which the wind-driven current can be generated only with the local wind is developed and applied in the idealized bay and the idealized Sachon Bay. The accuracy of the convlution method is assessed through a series of the numerical experiements carried out in the jidealized bay and the idealized Sachon Bay. The optimum response function for the convolution method is obtained by minimizing the root man square (rms) difference between the current given by the numerical model and the current given by the convolution method. The north-south component of the response function shows simultaneous fluctuations in the wind and wind-driven current at marginal region while it shows "sea-saw" fluctuations (in which the wind and wind-driven current have opposite direction) at the central region in the idealized Sachon Bay. The present wind is strong enough to influence on the wind-driven current especially in the idealized Sachon Bay. The spatial average of the rms ratio defined as the ratio of the rms error to the rms speed is 0.05 in the idealized bay and 0.26 in the idealized Sachon Bay. The recover rate of kinetic energy(rrke) is 99% in the idealized bay and 94% in the idealized Sachon Bay. Thus, the predicted wind-driven current by the convolution model is in a good agreement with the computed one by the numerical model in the idealized bay and the idealized Sachon Bay.achon Bay.
The wind force coefficient of a transmission tower frame shows several characteristics when the section shape, solidity ratio, and wind direction angle are changed. In this study, the wind force characteristics of a transmission tower frame with a basic structure were evaluated using different solidity ratios and wind direction angles in a wind tunnel test. According to the solidity ratio, the size of the structure and the rectangular-frame model of the transmission tower were changed by adding a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) structure. The transmission tower's rectangular frame was tested by changing the wind direction angle of the 2D-type structure from 0 to $90^{\circ}$ and by changing the wind direction angle of the 3D-type structure from 0 to $45^{\circ}$ Based on the results that were obtained, it can be concluded that the wind force coefficient of a transmission tower frame can be used as preliminary data in deciding the transmission tower's wind load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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