In this study, a wind tunnel, that has been developed for experiments of wind turbine rotor blades, has been considered. The deviations of the measurements have been examined after this wind tunnel had been introduced and the measurements on it had been explained. Two different wind turbine rotor blades miniatures have been used for getting better results from the experiments. The accuracy of measurements have been experimented three times repetitively and examined statistically. As a result, wind speed values which this type of wind tunnel and wind turbine rotors need for starting, wind speed in the tunnel, temperature and moisture values, the number of rotor's revolution, and the voltage that is produced in 102 ${\Omega}$ resistance and current values have been determined to be fixed by measurements used. This type of wind tunnel and wind turbine rotor' performance difference and the difference of revolution figures have been determined to be fixed by measurements used.
In this research, CFD calculation was implemented to analyze wind tunnel effect or rotor experiment in wind tunnel. One case included model wind turbine and all wind tunnel geometries. The other case include only rotor and nacelle system. Star-CCM+ was used for CFD analysis and rigid body motion around rotor area was applied to simulate rotating rotor. As for turbulence model, K-omega SST was used. The results were compared in 15m/s inflow condition. These results shows a good agreement with the measurement. Then, the result without wind tunnel was slightly different to the result with wind tunnel. Thus, in the case of Mexnex wind tunnel measurement, the wind tunnel don't affect the measurement result. Then, this wind tunnel and rotor size ratio can be reference for wind tunnel experiment of wind turbine rotor.
In this study, the enhancement of the conventional Savonius wind rotor performance with extension plate has been investigated experimentally and numerically. Experimental models used in the study have been produced with 3D (three dimensional) printing, which is one of the rapid prototyping techniques. Experiments of produced Savonius wind rotor models have been carried out in a wind tunnel. CFD (Computational Fluid Dynamics) analyses have been performed under the same experimental conditions to ensure that experiments and numerical analyses are supported to each other. An additional extension plate has been used in order to enhance the performance of the conventional Savonius wind rotor with a gap distance between blades. It can be called modified Savonius rotor or Savonius rotor with built-in extension plate. Thus, the performance of the rotor has been enhanced without using additional equipment other than the rotor itself. Numerical and experimental analyses of Savonius wind rotor models with extension plate have been carried out under predetermined boundary conditions. It has been found that the power coefficient of the modified Savonius rotor is increased about 15% according to the conventional Savonius rotor.
Ha, Min-Su;Han, Kyoung-Tae;Choi, Kyoung-Ho;Park, Young-Chul
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.1
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pp.59-65
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2013
The objective of this paper is to analyze the structure of the wind power tree using a helical type wind turbine. The blades of a helical rotor is designed with a composite material. The structural analyses of a helical rotor have been implemented by finite element method. The structural analyses of the wind power tree which support four helical rotor, have been performed under a wind load, a rotational velocity of a rotor, and dead weight.
The demand for energy in the world increases everyday. Blade energy which is wind turbine is a significant resource which must be appreciated in this field. Especially, in places where wind potential is high, the usage of wind energy is a beneficial factor for every country's economy. In this study, first, 6 different miniature rotor were produced by using 6 different NACA profiles. Rotors were produced with three blades. The electrical performance and the speed of start of action values that are provided from each rotor form were established by measuring them in the wind tunnel. The calculation of area and volumetric values of each profile and wind surfaces were made with AutoCad technical drawing program. As a result, it was searched whether there is any relation between electrical performance values and speed of start of motion that rotors produced and volumetric values of rotors. The aim of this study is to find out whether rotor blade volume is one of factors that influences rotor performance. The general tendency observed here is that the increase in the volume of rotor blade leads to an increase in the speed of start of motion and to a decrease in the rotor performance.
In the present study, numerical unsteady simulations of the NREL Phase VI wind turbine in downwind operation conditions were conducted to investigate rotor-tower interaction. The calculations were performed using an unstructured mesh, incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes flow solver. To capture the unsteady effects associated with the tower shadow between the rotor blades and the tower, the wind turbine was modelled including the rotor, tower, hub, and nacelle. The present results generally showed good agreements with available experimental data. At the lowest wind speed, the pressure distribution was characterized by a complete collapse of the suction peak on the blade when the blade passes through the tower wake. It was found that unsteady effects play a significant role in the response of the blades.
The most important component of wind turbine is rotor blades. The developing method of wind turbine was focused on design of rotor blade. By the way, the design of a rotating body is more decisive process in order to adjust the performance of wind turbine. For instance, the design allows the designer to specify the wind characteristics derived by topographical map. The iterative solver is then used to adjust one of the selected inputs so that the desired rotating performance which is directly related to power generating capacity and efficiency is achieved. Furthermore, in order to save the money for manufacturing the rotor blades and to decrease the maintenance fee of wind power generation plant, while decelerating the cut-in speed of rotor. Therefore, the design and manufacturing of rotating body is understood as a substantial technology of wind power generation plant development. The aiming of this study is building-up the profitable approach to designing of rotating body as a system for the wind power generation plant. The process was conducted in two steps. Firstly, general designing and it’s serial testing of rotating body for voltage measurement. Secondly, the serial test results above were examined with the CFD code. Then, the analysis is made on the basis of amount of electricity generated by rotor-blades and of cut-in speed of generator.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.4
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pp.533-538
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2016
In a power grid that has a high penetration of wind power, the highly-fluctuating output power of wind turbine generators (WTGs) adversely impacts the power quality in terms of the system frequency. This paper proposes a power smoothing scheme of a variable-speed WTG that can smooth its fluctuating output power caused by varying wind speeds, thereby improving system frequency regulation. To achieve this, an additional loop relying on the frequency deviation that operates in association with the maximum power point tracking control loop, is proposed; its control gain is modified with the rotor speed. For a low rotor speed, to ensure the stable operation of a WTG, the gain is set to be proportional to the square of the rotor speed. For a high rotor speed, to improve the power smoothing capability, the control gain is set to be proportional to the cube of the rotor speed. The performance of the proposed scheme is investigated under varying wind speeds for the IEEE 14-bus system using an EMTP-RV simulator. The simulation results indicate that the proposed scheme can mitigate the output power fluctuation of WTGs caused by varying wind speeds by adjusting the control gain depending on the rotor speed, thereby supporting system frequency regulation.
Multi-MW wind turbines have very large blades over 40~50 m in length. Some factors like wind shear and tower shadow make an effect on asymmetric loads on the blades. Larger asymmetric loads are produced as the length of blade is getting longer. In this paper, a 2 MW on-shore wind turbine is considered and variations of thrust on 3 blades and rotor hub under wind shear are calculated by using a commercial Bladed S/W and dynamic properties of the thrust variations are investigated. It is shown that the amplitude of the asymmetric thrust on each blade under wind shear is getting larger as the wind speed increases, the frequency of the thrust variation on each blade is same as the one of rotor speed, and the frequency of the thrust variation at rotor hub is 3 times as high as the one of rotor speed.
Park, Hyeon Jin;Oh, Min Kyu;Park, Soonok;Yoo, Jeonghoon
Wind and Structures
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v.34
no.3
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pp.291-301
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2022
Although mostly used in wind turbine market, single rotor wind turbines have problems with transportation and installation costs due to their large size. In order to solve such problems, multi-rotor wind turbine is being proposed; however, light weight design of multi-rotor wind turbine is required considering the installation at offshore or deep sea. This study proposes the systematic design process of the multi-rotor wind turbine focused on its supporting structure with simultaneous consideration of static and dynamic behaviors in an ideal situation. 2D and successive 3D topology optimization process based on the density method were applied to minimize the compliance of supporting structure. To realize the conceptual design obtained by topology optimization for manufacturing feasibility, the derived 3D structure was modified to have shell structures and optimized again through parametric design using the design of experiments and the response surface method for detail design of their thicknesses and radii. The resultant structure was determined to satisfy the stress and the buckling load constraint as well as to minimize the weight and the resultant supporting structure were verified numerically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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