Ke, S.T.;Du, L.Y.;Ge, Y.J.;Yang, Q.;Wang, H.;Tamura, Y.
Wind and Structures
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v.27
no.1
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pp.11-27
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2018
The straight-cone steel cooling tower is a novel type of structure, which has a distinct aerodynamic distribution on the internal surface of the tower cylinder compared with conventional hyperbolic concrete cooling towers. Especially in the extreme weather conditions of strong wind and heavy rain, heavy rain also has a direct impact on aerodynamic force on the internal surface and changes the turbulence effect of pulsating wind, but existing studies mainly focus on the impact effect brought by wind-driven rain to structure surface. In addition, for the indirect air cooled cooling tower, different additional ventilation rate of shutters produces a considerable interference to air movement inside the tower and also to the action mechanism of loads. To solve the problem, a straight-cone steel cooling towerstanding 189 m high and currently being constructed is taken as the research object in this study. The algorithm for two-way coupling between wind and rain is adopted. Simulation of wind field and raindrops is performed with continuous phase and discrete phase models, respectively, under the general principles of computational fluid dynamics (CFD). Firstly, the rule of influence of 9 combinations of wind sped and rainfall intensity on flow field mechanism, the volume of wind-driven rain, additional action force of raindrops and equivalent internal pressure coefficient of the tower cylinder is analyzed. On this basis, the internal pressures of the cooling tower under the most unfavorable working condition are compared between four ventilation rates of shutters (0%, 15%, 30% and 100%). The results show that the 3D effect of equivalent internal pressure coefficient is the most significant when considering two-way coupling between wind and rain. Additional load imposed by raindrops on the internal surface of the tower accounts for an extremely small proportion of total wind load, the maximum being only 0.245%. This occurs under the combination of 20 m/s wind velocity and 200 mm/h rainfall intensity. Ventilation rate of shutters not only changes the air movement inside the tower, but also affects the accumulated amount and distribution of raindrops on the internal surface.
In order to investigate the influence of different blade positions on aerodynamic load and wind loads and load-effects of large scale wind turbine tower under the halt state, we take a certain 3 MW large scale horizontal axis three-blade wind turbine as the example for analysis. First of all, numerical simulation was conducted for wind turbine flow field and aerodynamic characteristics under different halt states (8 calculating conditions in total) based on LES (large eddy simulation) method. The influence of different halt states on the average and fluctuating wind pressure coefficients of turbine tower surface, total lift force and resistance coefficient, circular flow and wake flow characteristics was compared and analysed. Then on this basis, the time-domain analysis of wind loads and load-effects was performed for the wind turbine tower structure under different halt states by making use of the finite element method. The main conclusions of this paper are as follows: The halt positions of wind blade could have a big impact on tower circular flow and aerodynamic distribution, in which Condition 5 is the most unfavourable while Condition 1 is the most beneficial condition. The wind loads and load-effects of disturbed region of tower is obviously affected by different halt positions of wind blades, especially the large fluctuating displacement mean square deviation at both windward and leeward sides, among which the maximum response occurs in $350^{\circ}$ to the tower top under Condition 8; the maximum bending moment of tower bottom occurs in $330^{\circ}$ under Condition 2. The extreme displacement of blade top all exceeds 2.5 m under Condition 5, and the maximum value of windward displacement response for the tip of Blade 3 under Condition 8 could reach 3.35 m. All these results indicate that the influence of halt positions of different blades should be taken into consideration carefully when making wind-resistance design for large scale wind turbine tower.
Tai, Myungsik;Lee, Yebin;Oh, Sejong;Shin, Jeongwoo;Lim, Joosup;Park, Donghun
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.2
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pp.107-120
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2021
Electric-powered distributed propulsion aircraft possess a complex wake flow and mutual interference with the airframe, due to the use of many propellers. Accordingly, in the early design stage, rapid aerodynamic and load analysis considering the effect of propellers for various configurations and flight conditions are required. In this study, an efficient panel-based aerodynamic analysis method that can take into account the propeller effects is developed and validated. The induced velocity field in the region of propeller wake is calculated based on Actuator Disk Theory (ADT) and is considered as the boundary condition at the vehicle's surface in the three-dimensional steady source-doublet panel method. Analyses are carried out by selecting an isolated propeller of the Korea Aerospace Research Institute (KARI)'s Quad Tilt Propeller (QTP) aircraft and the propeller-wing configuration of the former experimental study as benchmark problems. Through comparisons with the results of computational fluid dynamics (CFD) based on actuator methods, the wake velocity of propeller and the changes in the aerodynamic load distribution of the wing due to the propeller operation are validated. The method is applied to the analysis of the Optional Piloted Personal Aerial Vehicle (OPPAV) and QTP, and the practicality and validity of the method are confirmed through comparison and analysis of the computational time and results with CFD.
Rao, K. Balaji;Anoop, M.B.;Harikrishna, P.;Rajan, S. Selvi;Iyer, Nagesh R.
Wind and Structures
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v.19
no.6
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pp.623-647
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2014
In this paper, a probability distribution which is consistent with the observed phenomenon at the roof corner and, also on other portions of the roof, of a low-rise building is proposed. The model is consistent with the choice of probability density function suggested by the statistical thermodynamics of open systems and turbulence modelling in fluid mechanics. After presenting the justification based on physical phenomenon and based on statistical arguments, the fit of alpha-stable distribution for prediction of extreme negative wind pressure coefficients is explored. The predictions are compared with those actually observed during wind tunnel experiments (using wind tunnel experimental data obtained from the aerodynamic database of Tokyo Polytechnic University), and those predicted by using Gumbel minimum and Hermite polynomial model. The predictions are also compared with those estimated using a recently proposed non-parametric model in regions where stability criterion (in skewness-kurtosis space) is satisfied. From the comparisons, it is noted that the proposed model can be used to estimate the extreme peak negative wind pressure coefficients. The model has an advantage that it is consistent with the physical processes proposed in the literature for explaining large fluctuations at the roof corners.
A computerized axial flow fan design system is developed with the capabilities for predicting the aerodynamic performance and the noise characteristics of fan. In the present study, the basic fan blading design is made by combining vortex distribution scheme with camber line design, airfoil selection, blade thickness distribution and stacking of blade elements. With the designed fan blade geometry, the through-flow field and the performance of fan are analyzed by using the streamline curvature computing scheme with spanwise total pressure loss and flow deviation models. Fan noise is assumed to be generated due to the pressure fluctuation induced by wake vortices of fan blades and to radiate as dipole distribution. The vortex-induced fluctuating pressure on blade surface is calculated by combining thin airfoil theory and the predicted flow field data. The predicted performances, sound pressure level and noise directivity patterns of fan by the present method are favorably compared with the test data of actual fans. Furthermore, the present method is shown to be very useful in designing the blade geometry of new fan and optimizing design variables of the fan to achieve higher efficiency and lower noise level.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.5
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pp.1639-1648
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1996
Protection of gas turbine blade from its erosion and abrasion at high temperature and pressure is the first goal to cleanup the hot gas upstream for IGCC and PFBC. Ceramic filters represent an attractive technology for particle removal at high temperature and high pressure condition. They have demonstrated being a good system for improvement of thermal efficiency and reduction of effluent pollutants in advanced coal-based power systems such as IGCC and PFBC. Ceramic filter elements currently being developed were evaluated in the previous paper. In this paper, we measured the ash size and distribution on cleaning of ceramic candle filter. The results are as follows : in this experimental range, ceramic candle filter was shown to be fully adequate for the removal process of dust under high temperature and pressure. Also filtration efficiency of ceramic candle filter was higher than 98% compared with the regulation limit of particle size in gas turbine inlet.
Aerosol mass size distributions were investigated at 865 m high the of Jirisan national park. A nanosampler cascade impactor was used to collect aerosols. The atmospheric aerosol particles had a unimodal mass size distribution, which peaked at $0.5-1.0{\mu}m$, and a mass aerodynamic diameter of $1.13{\mu}m$. The annual average concentrations of TSP, $PM_{10}$, $PM_{2.5}$, $PM_1$, $PM_{0.5}$ and $PM_{0.1}$ were $20.9{\mu}g/m^3$, $19.3{\mu}g/m^3$, $14.9{\mu}g/m^3$, $10.7{\mu}g/m^3$, $5.3{\mu}g/m^3$, $1.2{\mu}g/m^3$, respectively. TSP concentrations were below $30{\mu}g/m^3$ during the sampling period. On average $PM_{10}$, $PM_{2.5}$, $PM_1$, $PM_{0.5}$ and $PM_{0.1}$ made up 0.91, 0.70, 0.41, 0.19 and 0.07 of TSP, respectively. The annual average of PM2.5/PM10 ratio was 0.77.
The mass fraction of PM10 had a bimodal distribution in the middle of between 2.1 ${\mu}{\textrm}{m}$, and the average mass fraction of particles less than 2.1~3.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ was 54.1% for Pb and 890.8 ng/㎥ for Fe, respectively. For the concentration of PM10 and metallic elements by seasonal variation, PM10 showed bimodal distribution, while metallic elements showed different distributions by their sources. The ratios of fine particles to total mass were 0.45 for PM10, 0.41 for Cr, and 0.20 for Fe, 0.57 for Zn, 0.68 for Cd and 0.63 for Pb, respectively. That facts indicated that PM10, Zn, Cd, Cr and Pb were from anthropogenic sources, and Fe was from natural source. The geometric means and geometric standard deviations by seasonal variations were 3.6 ${\mu}{\textrm}{m}$ , 2.31 ${\mu}{\textrm}{m}$ in winter, 3.0 ${\mu}{\textrm}{m}$ , 2.49 ${\mu}{\textrm}{m}$ in spring, 2.7 ${\mu}{\textrm}{m}$ , 2.03 ${\mu}{\textrm}{m}$ in summer respectively. And, total efficiency of cascade impactor by seasonal variations were 49.6% in winter, 45.9% in spring and 44.5% in summer.
A web-based program was developed for analyzing weather and structure data from the HeMOSU-1 offshore meteorological mast installed by the KEPCO Research Institute, and 35 km west-southwestward away from Gyeokpo located in Jeonbuk province. All of the measured data are obtained through the data transmitter and the server systems equipped on the HeMOSU-1 and the aerodynamic laboratory in Chonbuk National University respectively. The dualised server system consists of two servers, one is for logging the 1 second based raw data with 10 minute averaged values, and the other is for managing web page with processed weather data. Daily or weekly 10-min averaged data can be provided based on the input date by users. Processed weather data such as wind rose, Weibull distribution, diurnal distribution, turbulence intensity according to wind speed, wind energy density, and so forth are visualized through the web page which would be both useful and informative for developing the wind farm or designing a wind blade for the wind farm nearby southwest sea around the Korean Peninsula. The URL for this web page is http://www.hemosu.org/.
An, Yun-Ho;Nam, Sam-Sik;Choe, Jin-Hoon;Im, Ji-Hyuk;Kim, Ho-Keun;Chun, Jae-Chul
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.04a
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pp.439-444
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2011
Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. has been recently developing the gas turbine engine using the biogas as fuel. This paper describes the non-reacting and reacting flow analysis of the combustor which is one of the main components in gas turbine engine. Through CFD analysis, investigation has been performed to evaluate the primary factors for aerodynamic design and to predict combustor behaviors during operation with various fuel distribution ratios. The calculation results are compared with rig test data, which reveals that CFD predictions such as pressure loss, air distribution ratio, and recirculation flow are quite reliable. The trend of NO formation was similar with the test, except the low fuel distribution ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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