Kim, Dong-Hyun;Lee, Jang-Ho;Tran, Thanh-Toan;Kwak, Young-Seob;Song, Jin-Seop
Journal of Wind Energy
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v.5
no.1
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pp.22-32
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2014
The structural design of a wind turbine must show the verification of the structural integrity of all load-carrying components. Also, design load calculations shall be performed using appropriate and accurate methods. In this study, advanced numerical approach for the calculation of design loads based on unsteady computational fluid dynamics (CFD) is presented considering extreme design load conditions such as the extreme coherent gust (ECG) and the 50 year extreme operating gust (EOG). Unsteady aerodynamic loads are calculated based on Reynolds average Navier-Stokes (RANS) equations with shear-stress transport k-ω(SST k-ω) turbulent model. A full three-dimensional 5 MW offshore wind-turbine model with rotating blades, hub, nacelle, and tower configuration is practically considered and its aerodynamic interference effect among blades, nacelle, and tower is also accurately considered herein. Calculated blade loads based on unsteady CFD method with respect to blade azimuth angle are compared with those by NREL FAST code and physically investigated in detail.
Ko, Min Wook;Oh, Chang Bo;Han, Youn Shik;Do, Kyu Hyung
Fire Science and Engineering
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v.29
no.5
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pp.42-50
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2015
Three simulation approaches for turbulence were applied for the computation of propane dispersion in a simplified real-scale urban area with one building:, Large Eddy Simulation (LES), Detached Eddy Simulation (DES), and Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS). The computations were performed using FLUENT 14, and the grid system was made with ICEM-CFD. The propane distribution depended on the prediction performance of the three simulation approaches for the eddy structure around the building. LES and DES showed relatively similar results for the eddy structure and propane distribution, while the RANS prediction of the propane distribution was unrealistic. RANS was found to be inappropriate for computation of the gas dispersion process due to poor prediction performance for the unsteady turbulence. Considering the computational results and cost, DES is believed to be the optimal choice for computation of the gas dispersion in a real-scale space.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.12
no.1
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pp.9-14
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2009
A numerical investigation was performed based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations for the two-dimensional unsteady flow around a vertical axis turbine(VAT) with three or four blades. VAT is one of the promising devices for tidal current energy conversion. The geometry of the turbine blade was $NACA65_3$-018 airfoil, for which CFD analysis using Fluent was carried out at several angles of attack and the results were compared with the corresponding experimental data for validation and calibration. Then CFD simulations were carried out for the whole vertical axis turbine with a two-dimensional setup. The CFD simulation demonstrated the usefulness of the method to study the typical unsteady flows around VATs and the results showed that the optimum turbine efficiency could be achieved for carefully selected combinations of the number of blade and Tip-Speed Ratio(TSR).
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.4
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pp.502-512
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2013
Simulations of cavitation flow and hull pressure fluctuation for a marine propeller operating behind a hull using the unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS) are presented. A full hull body submerged under the free surface is modeled in the computational domain to simulate directly the wake field of the ship at the propeller plane. Simulations are performed in design and ballast draught conditions to study the effect of cavitation number. And two propellers with slightly different geometry are simulated to validate the detectability of the numerical simulation. All simulations are performed using a commercial CFD software FLUENT. Cavitation patterns of the simulations show good agreement with the experimental results carried out in Samsung CAvitation Tunnel (SCAT). The simulation results for the hull pressure fluctuation induced by a propeller are also compared with the experimental results showing good agreement in the tendency and amplitude, especially, for the first blade frequency.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yo-Han;Kim, Dong-Man;Kim, Yu-Sung;Hwang, Mi-Hyun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.68-75
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2009
In this study, aeroelastic response analyses have been conducted for a 3D wind turbine blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responsed of wind turbine blade. Vibration analyses of rotating wind-turbine blade have been conducted using the general nonlinear finite element program, SAMCEF (Ver.6.3). Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS)equations with spalart-allmaras turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating turbine blade model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D turbine blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Detailed dynamic responses and instantaneous Mach contour on the blade surfaces considering flow-separation effects are presented to show the multi-physical phenomenon of the rotating wind-turbine blade model.
The objective of this study is to evaluate the prediction accuracy of development large eddy simulation(LES) program for turbulent flow behind a bluff-body. The LES solver was implemented on parallel computer consisting 16 processors. To verify the capability of LES code, the results were compared with those of Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) using standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model as well as experimental data. The results showed that the LES and RANS qualitatively well predicted the experimental results, such as mean axial, radial velocities and turbulent kinetic energy. In the quantitative analysis, however, the LES showed a better prediction performance than RANS. Specially, the LES well described characteristics of the recirculation zones, such as air stagnation point and jet stagnation point. Finally, the unsteady phenomena on the Bluff-body, such as the transition of recirculation region and vorticity, was examined with LES methodology.
Kim, Yo-Han;Kim, Dong-Hyun;Hwang, Mi-Hyun;Kim, Kyung-Hee;Hwang, Byung-Sun;Hong, Un-Sung
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.14
no.3
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pp.39-44
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2011
In this study, performance analyses have been conducted for a 5MW class wind turbine blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responsed of wind turbine blade. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations with K-${\epsilon}$ turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating turbine blade model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D turbine blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of the blade show different results compared to the case of rigid blade model.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2016.05a
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pp.63-63
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2016
자연 하천은 연속적인 곡선 흐름을 가지고 있으며, 하천의 흐름을 해석하는 것은 복잡하고 어려운 일이다. 게다가 자연하천에서는 유사이송에 의해 하상변동이 발생하며 이를 정확하게 예측하는 것은 공학적 문제 해결에 중요한 역할을 한다. 곡선 흐름에서의 하상변동양상은 원심력에 의한 이차류로 인하여 유사가 하천의 내측으로 이동하게 되고, 하천의 외측에는 침식, 내측에는 퇴적이 된다. 이와 같은 현상은 원심력뿐만이 아니라 하천의 곡선에 의해 발생하게 되는 박리 또한 중요한 원인으로 이야기 되고 있으며, 선행 연구자들에 의해서 박리의 영향이 작지 않음을 알 수 있다. 자연하천에서의 정확한 하상변동을 예측하기 위해서는 원심력에 의한 이차류와 박리의 현상을 정확히 모의할 수 있어야하며, 이를 위해 3차원 모형이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 3차원 unsteady RANS 모형을 이용하여 곡선수로에서 박리가 발생하는 현상을 모의하고자 한다. 곡선수로를 모의하기 위해서 곡선좌표계를 사용하였으며, 난류모형으로는 standard $k-{\varepsilon}$과 $k-{\omega}$ SST을 사용하였다. 또한 fractional step method를 이용하여 유속과 압력 커플링을 하였다. 그 결과 곡선수로의 흐름모의에서 레이놀즈 수가 큰 경우 박리가 발생하는 것을 확인하였으며, 두 난류모형 모두 곡선 흐름에서의 박리 현상을 모의할 수 있었다.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.1
s.151
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pp.8-15
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2007
In this paper, numerical calculations are performed to analyze the unsteady flow of NACA airfoil sections. In order to ease the flow computation for the fluid region changing in time, improve the quality of solution and simplify the grid generation for the oscillating foil flow, the computational method adopts a moving and deforming mesh with the multi-block grid topology. The multi-block, structured-unstructured hybrid grid is generated using the commercial meshing software Gridgen V15. The MDM (Moving & Deforming Mesh) and the UDF (User Define function) function of FLUENT 6 are adopted for computing turbulent flows of the foil in pitching motion. Computed unsteady lift and drag forces are compared with experimental data. in general, the characteristics of unsteady lift and drag of the experiments are reproduced well in the numerical analysis.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.85-96
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2011
Steady state computations are routinely used by design engineers to evaluate and compare losses in hydraulic components. In the case of the draft tube diffuser, however, experiments have shown that while a significant number of operating conditions can adequately be evaluated using steady state computations, a few operating conditions require unsteady simulations to accurately evaluate losses. This paper presents a study that assesses the predictive capacity of a combination of steady and unsteady RANS numerical computations to predict draft tube losses over the complete range of operation of a Francis turbine. For the prediction of the draft tube performance using k-${\varepsilon}$ turbulence model, a methodology has been proposed to average global performance indicators of steady flow computations such as the pressure recovery factor over an adequate number of periods to obtain correct results. The methodology will be validated using two distinct flow solvers, CFX and OpenFOAM, and through a systematic comparison with experimental results obtained on the FLINDT model draft tube.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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