• Wind and Structures
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• 제17권6호
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• pp.647-670
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• 2013

The paper presents a numerical approach to study of fluid flow characteristics and to predict performance of wind turbines. The numerical model is based on Finite-volume method (FVM) discretization of unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations. The movement of turbine blades is modeled using moving mesh technique. The turbulence is modeled using commonly used turbulence models: Renormalization Group (RNG) k-${\varepsilon}$ turbulence model and the standard k-${\varepsilon}$ and k-${\omega}$ turbulence models. The model is validated with the experimental data over a large range of tip-speed to wind ratio (TSR) and blade pitch angles. In order to demonstrate the use of numerical method as a tool for designing wind turbines, two dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) simulations are carried out to study the flow through a small scale Darrieus type H-rotor Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). The flows predictions are used to determine the performance of the turbine. The turbine consists of 3-symmetrical NACA0022 blades. A number of simulations are performed for a range of approaching angles and wind speeds. This numerical study highlights the concerns with the self-starting capabilities of the present VAWT turbine. However results also indicate that self-starting capabilities of the turbine can be increased when the mounted angle of attack of the blades is increased. The 2-D simulations using the presented model can successfully be used at preliminary stage of turbine design to compare performance of the turbine for different design and operating parameters, whereas 3-D studies are preferred for the final design.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.677-681
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• 2011

수직축 및 수평축 풍력터빈의 특성 및 공력성능예측 방법에 대해 고찰하였다. Darrieus형 수직축 풍력터빈은 블레이드에 유입되는 바람의 속도 및 받음각의 변화가 매우 심해 Dynamic Stall 현상이 발생하고 앞면에서 발생한 Wake가 후면 블레이드의 공력특성에 영향을 준다. 수평축은 BEMT를 활용하여 형상설계 및 성능예측이 가능하고 전산해석 및 풍동시험을 통해 공력성능예측이 수행되고 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권11호
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• pp.1331-1337
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• 2013

본 논문에서는 반응표면법을 이용하여 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적설계를 수행하였다. 선행연구의 구조해석 결과를 살펴보면 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드가 항복강도 이상의 응력이 발생하였으므로, 구조적 안전성을 확보하고자 최적화 기법을 적용한 구조설계를 재수행하였다. 이를 위해 먼저 블레이드에 발생하는 응력에 큰 영향을 주는 설계인자를 선정하였다. 이에 실험계획법 기반 반응표면법을 적용하였다. 목적함수 및 제한조건은 각각 중량 및 허용응력으로 설정하였다. 또한 중량 및 응력에 대한 설계인자의 영향을 평가하기 위한 민감도 해석을 수행하였다. 이러한 과정을 통해 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제17권1호
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• pp.122-129
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• 2018

This study conducted a seismic qualification analysis of small savonius style vertical axis wind turbine(VAWT) using finite element method(FEM). The modal analysis was performed on the wind turbine structure to check the occurrence of resonance caused by the rotation of gearbox and windmill blades. Next, it conducted a seismic response spectrum analysis due to horizontal and vertical seismic load of required response spectrum of safe shutdown earthquake with 5 % damping(RRS/SSE 5%) of KS C IEC 61400 and conducted a static analysis due to deadweight and wind load. The total maximum stress of the VAWT structure was calculated by adding the maximum stresses due to each load case using the square root of the sum of the squares(SRSS) method. Finally, the structural safety of the VAWT structure was verified by comparing the total maximum stress and the allowable stress.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권2호
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• pp.163-169
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• 2013

In order to make the vertical-axis cross flow wind turbine commercially feasible, a guide vane is adopted and the effect of the guide vane shape is examined in order to improve the wind turbine performance. CFD analysis on the performance and internal flow of the turbine is carried out for the wind turbine model. The result shows that when the guide nozzle is installed, almost over two times of power coefficient are achieved in comparison with the case of no guide nozzle installation. The guide nozzle acts as a role of suppressing the flow resistance at the blade passage, which is found when the guide nozzle is installed. Moreover, in this study, two kinds of the guide vane with a straight type and a curved type are adopted and compared. The curved guide vane nozzle produces higher power coefficient in comparison with that of straight guide vane nozzle.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.179.2-179.2
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• 2010

In this study, we have constructed the method of design about H-Darrieus wind turbine, a kind of VAWT(vertical axis wind turbine). The NACA 0012 airfoil is chosen for the blade, and DMS(double multiple streamtube) theory is used for the analysis. The flow field is computed with numerical solution of rotating Navier-Stokes equations. From the result of experimental data of power coefficient curves, the validity of the present research is checked. Through the non-dimensional parameter analysis for the wind turbine design, we estimated the efficiency of wind turbine with the resultant Cp's, with which an efficient design of VAWT is achieved, and aerodynamic characteristics are presented systematically.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권3호
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• pp.58-63
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• 2018

본 연구는 수직축 풍력 발전 시스템의 복합재 블레이드에 대한 설계 및 제작 연구이다. 본 연구에서 수직축 풍력 발전용 복합재 블레이드의 공력 및 구조 설계를 수행하였다. 1차적으로 복합재 블레이드의 공력 및 구조 설계 요구 조건이 분석되었다. 구조 설계 이후 유한 요소 해석 기법을 활용하여 풍력 블레이드 구조의 구조 해석이 수행되었다. 적용 하중 조건에서 응력 및 변위 해석이 수행되었다. 단계적 구조 해석을 통해 취약 부위의 개선 설계 방안을 제시하였다. 구조 해석을 통해 최종 설계된 블레이드 구조는 안전한 것으로 확인되었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1994년도 하계학술대회 논문집 A
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• pp.82-84
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• 1994

This paper presents a design of vertical axis Darrieus wind turbine for wind-power generating system. The wind turbine consists of two troposkien blades, diameter is 10m approximately, and chord length 380mm, tip ratio speed 4. The design of turbine is laid for the main data of rated wind speed 10m/s, turbine speed 78rpm, the generating power is estimated to 25kW, and this is contorted to commercial power line by means of three phase synchronous generator-inverter system.

• Composites Research
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• 제31권3호
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• pp.104-110
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• 2018

본 연구에서 수직축 풍력 발전기의 복합재 블레이드 및 타워에 대한 구조 설계 및 해석 방안을 제시하였다. 본 연구에서 수직축 블레이드의 설계 및 제작 수행 후 풍력 발전기 타워의 구조 설계를 수행하였다. 먼저 블레이드와 타워의 설계 요구 조건 및 사양이 정립되었다. 타워 구조 설계 이후 유한 요소 해석을 통하여 타워의 구조 해석을 수행하였다. 적용된 하중에서 응력, 변형, 고유 진동수 해석이 수행되었다. 구조 해석을 통해 타워 형상의 개선 설계 방안을 제시하였다. 최종 설계된 타워 구조는 구조 해석을 통해 안전한 것으로 확인되었다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.107-113
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• 2017

The dynamic characteristics including natural frequencies and excitation frequencies are evaluated for a small 10 kW vertical axis wind turbine. Acceleration responses were measured at 12 distributed locations for impact vibration tests, ambient vibration tests during non-operational and operational conditions, and braking tests during operational condition. The natural frequencies for the lowest 2 bending modes and the first torsional mode were estimated and also the excitation frequencies, i.e. 1P, 2P, 4P, were also estimated according to the rotational speed using the responses under operational conditions (i.e. power generation condition).