Small horizontal axis wind turbines (HAWTs) can be used to produce power in areas where the wind conditions are not favorable or optimal for large HAWTs. A newly designed airfoil for use in small HAWTs was analyzed in CFD to predict the aerodynamic performance at various Reynolds numbers over a various angles of attack. The coefficient of lift and drag, CL and CD, and the pressure distribution over the airfoil was obtained. It was found that the airfoil could achieve very good aerodynamic characteristics. The results of the numerical analysis will be compared against experimental data for validation purposes.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.28
no.2
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pp.12-17
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2020
Even though the benefit of flight at high angle-of-attack is to be able to reduce the speed of flight and maneuvers in complex flight environment, the flight at high angle-of-attack, however, is easy to be in stall which is characterized by sever unsteady flow separation over an airfoil. Current unsteady numerical analysis using DES was conducted to predict the aerodynamic characteristics of a NACA 0021 airfoil at high angle-of-attack conditions. And this provides the comparison with the steady numerical one with the typical turbulence models. The unsteady calculation by DES is appropriate in terms of predicting the aerodynamic performance of NACA 0021 airfoil at high angle-of-attack conditions.
It takes a lot of time and effort to generate grids for numerical analysis of problems with ground effect because the relative attitude and height of airfoil should be maintained to the ground as well as the inflow. A low Mach number preconditioned turbulent flow solver using the overlap grid technique has been developed and applied to the ground effect simulation. It has been validated that the present method using the multi-block grid gives us highly accurate solutions comparing with the experimental data of the RAE 101 airfoil in an unbounded condition. Present numerical method has been extended to simulate ground effect problems by using the overlapped grid system to avoid tedious work in generating multi-block grid system. An extended method using the overlapped grid has been verified and validated by comparing with results of multi-block method and experimental data as well. Consequently, the overlapped grid method can provide not only sufficiently accurate solutions but also the efficiency to simulate ground effect problems. It is shown that the pressure and aerodynamic centers move backward by the ground effect as the airfoil approaches to the ground.
This paper presents the numerical simulation results of heat transfer and friction loss for a rotating two-pass duct with the airfoil-guide vanes in the turning region. The Kriging model is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis of flow field and heat transfer with shear stress transport turbulent model. To improve the heat transfer performance, angle and location of the airfoil-guide vanes have been selected as design variables. The optimization problem has been defined as a minimization of the objective function, which is defined as a linear combination of heat transfer related term and friction loss related term with a weight factor. The airfoil-guide vanes in the turning region keep the high level of heat transfer while the friction loss has a low value. By comparing the presence or absence of airfoil-guide vanes, it is shown that the airfoil-guide vanes exhibited the best heat transfer performance to improve the blade cooling except the first passage.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.9
no.4
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pp.128-136
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2006
The purpose of this paper is to examine the dynamic stall characteristics of an elliptic airfoil when subject to constant pitch motions. In this study, which was motivated by the pressing need for a greater understanding of the reduced frequency$({\kappa})$ effects on flow patterns of elliptic airfoil, the various reduced frequencies were considered. The result confirms that the reduced frequency has a profound effects on the flow patterns. The increase of ${\kappa}$ accelerate the separation bubble bursting process up to ${\kappa}=0.10$, then diminish with further increase in ${\kappa}$. Compared with static condition, the dynamic pitching airfoil delays stall angle approximate $4{\circ}{\sim}5{\circ}$ during pitch-up stroke for ${\kappa}=0.10$. Results from this qualitative analysis provided valuable insight Into the control of dynamics stall.
The two-dimensional incompressible and compressible Navier-Stokes codes are developed for the computation of the viscous turbulent flow over high-lift airfoils. Incompressible code using pseudo-compressibility and dual-time stepping method involves a conventional upwind differencing scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for time integration. Compressible code also adopts an FDS scheme and LU-SGS scheme. Several two-equation turbulence models (the standard $k-{\varepsilon}$ model, the $k-{\omega}$ model. and $k-{\omega}$ SST model) are evaluated by computing the flow over single and multi-element airfoils. The compressible and incompressible codes are validated by computing the flow around the transonic RAE2822 airfoil and the NACA4412 airfoil, respectively. Both the results show a good agreement with experimental surface pressure coefficients and velocity profiles in the boundary layers. Also, the GA(W)-1 single airfoil and the NLR7301 airfoil with a flap are computed using the two-equation turbulence models. The grid systems around two- and three-element airfoil are efficiently generated using Chimera grid scheme, one of the overlapping grid generation methods.
Gharaei, Amin;Rabieyan-Najafabadi, Hamid;Nejatbakhsh, Hossein;Ghasemi, Ahmad Reza
Advances in Computational Design
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v.7
no.1
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pp.69-79
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2022
In this research, the aeroelastic instability of a tail section manufactured from aluminum isotropic material with different shell thickness investigated. For this purpose, the two degrees of freedom flutter analytical approach are used, which is accompanied with simulation by finite element analysis. Using finite element analysis, the geometry parameters such as the center of mass, the aerodynamic center and the shear center are determined. Also, by simulation of finite element method, the bending and torsional stiffnesses for various thickness of the airfoil section are determined. Furthermore, using Lagrange's methods the equations of motion are derived and modal frequency and critical torsional/bending modes are discussed. The results show that with increasing the thickness of the isotropic airfoil section, the flutter and divergence speeds increased. Compared of the obtained results with other research, indicates a good agreement and reliability of this method.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.3
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pp.201-209
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2013
Much numerical and experimental research has been done for the flow around an oscillating airfoil. The main research topics are vortex shedding, dynamic stall phenomenon, MAV's lift and thrust generation. Until now, researches mainly have been concentrated on analyzing the wake flow for the variation of frequency and amplitude at a low angle of attack. In this study, wake structures and acoustic wave propagation characteristics were studied for a plunging airfoil at high angle of attack. The governing equations are the Navier-Stokes equation with LES turbulence model. OHOC (Optimized High-Order Compact) scheme and 4th order Runge-Kutta method were used. The Mach number is 0.3, the Reynolds number is, and the angle of attack is from $20^{\circ}$ to $50^{\circ}$. The plunging frequency and the amplitude are from 0.05 to 0.15, and from 0.1 to 0.2, respectively. Due to the high resolution numerical method, wake vortex shedding and pressure wave propagation process, as well as the propagation characteristics of acoustic waves can be simulated. The results of frequency analysis show that the flow has the mixed characteristics of the forced plunging frequency and the vortex shedding frequency at high angle of attack.
In this study, the reliability-based design optimization of the airfoil was performed. PARSEC function was used to consider the uncertainty of the aerodynamic shape for the reliability-based shape optimization of airfoils. Among various reliability analysis methods, the moment method was used to compute the probability of failure of the aerodynamic performance. The accuracy of the reliability analysis was compared with other methods and it was found that the moment method predicts the probability of failure accurately. Deterministic and reliability-based optimizations were performed for the shape of the airfoil and it was demonstrated that reliability-based optimum assures the aerodynamic performances under uncertainties of the shape of the airfoil.
Using a multiple regression analysis, a total of 78 low-Reynolds-number airfoils are examined in this paper to clarify the systematic relationships between the geometrical parameters of the airfoils and experimentally-determined aerodynamic coefficients. The results show that the effects of the maximum camber and the maximum thickness regarding the maximum lift and the stalling angle of attack, respectively, are major. The lower-surface flatness of the airfoil is also a crucial geometrical parameter for aerodynamic performance. It is proven here that, generally, the application of the regression equations for an assessment of the aerodynamic performance is relatively acceptable, along with an expectation that the lift-curve slope violates the normality assumption.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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