Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.20
no.5
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pp.586-592
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2014
This study looks at the design of a 100 kW blade geometry for a horizontal marine current turbine using the Blade Element Momentum Theory (BEMT) and by using (CFD), the power output, performance and characteristics of the the fluid flow over the blade is estimated. Three basic airfoils; FFA-W3-301, DU-93-W210 and NACA-63418, are used along the blade span and The distribution of the chord length and twist angles along the blade are obtained from the hydrodynamic optimization procedure. The power coefficient curve shows maximum peak at the rated tip speed ratio of 5.17, and the maximum power reaches about 101.82 kW at the power coefficient of 0.495.
Kim, Sung-Ho;Yoon, Yong-Ha;Lee, Hyun-Joo;Choi, Won-Ho;Lee, Seung-Kuh
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2007.06a
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pp.374-377
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2007
This paper deals with a pitch control for reducing load of the wind turbine system. To make a model of the wind turbine system, the Momentum Theory and Blade Element Theory are used. Considering wind shear, wind model was also built. Due to a difference of the wind speed between upper parts and lower parts of the sweep area, overturning moment of the wind turbine is generated. So, in this paper through analyzing of the system model of the wind turbine, a control algorithm which was able to achieve both maintaining power and reducing overturning moment was proposed. Using matlab simulink, controller performance was verified.
Recently, the horizontal axis rotor performance optimizer (HARP_Opt) tool was developed in the National Renewable Energy Laboratory, USA. This innovative tool is becoming more popular in the wind turbine industry and in the field of academic research. HARP_Optwas developed on the basis of two fundamental modules, namely, WT_Perf, a performance evaluator computer code using the blade element momentum theory; and a genetic algorithm module, which is used as an optimizer. A pattern search algorithm was more recently incorporated to enhance the optimization capability, especially the calculation time and consistency of the solutions. The blade optimization is an aspect that is highly dependent on experience and requires significant consideration on rotor control strategies, wind data, and generator type. In this study, the effects of rotor control strategies including fixed speed and fixed pitch, variable speed and fixed pitch, fixed speed and variable pitch, and variable speed and variable pitch algorithms on optimal blade shapes and rotor performance are investigated using optimized blade designs. The effects of environmental wind data and the objective functions used for optimization are also quantitatively evaluated using the HARP_Opt tool. Performance indices such as annual energy production, thrust, torque, and roof-flap moment forces are compared.
Sajeer, M. Mohamed;Chakraborty, Arunasis;Das, Sourav
Smart Structures and Systems
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v.26
no.6
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pp.703-720
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2020
This paper investigates the safety of the wind turbine blade against excessive deformation. For this purpose, the performance of the blade in the along-wind direction is improved by longitudinal stiffener made of shape memory alloy. The rationale behind the selection of this smart material is due to its ability to offer excellent thermo-mechanical behaviour at low strain. Here, Liang-Roger model is adopted for vibration control, and the super-elastic effects are utilised for blade stiffening. Turbulent wind fields are generated at the hub height using TurbSim and the corresponding loads are evaluated using blade element momentum theory. An efficient switching algorithm is developed along with performance curves that enable the designer to select an optimal mode of heating depending upon the operational scenario. Numerical results presented in this paper clearly demonstrate the performance envelope of the proposed stiffener and its influence on the reliability of the blade.
In this study, the effects of shear flows around a 2-dimensional airfoil, S809 on its aerodynamic characteristics were analyzed by CFD simulations. Various parameters including reference inflow velocity, shear rate, angle of attack, and cord length of the airfoil were examined. From the simulation results, several important characteristics were found. Shear rate in a flow makes some changes in the lift coefficient depending on its sign and magnitude but angle of attack does not have a distinguishable influence. Cord length and reference inflow also cause proportional and inversely proportional changes in lift coefficient, respectively. We adopted an analytic expression for the lift coefficient from the thin airfoil theory and proposed a modified form applicable to the traditional load analysis procedure based on the blade element momentum theory. Some preliminary results applied to an well known load simulation software, FAST, are presented.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.5
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pp.53-60
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2022
In this study, the conceptual design and performance evaluation of a personal air vehicle (PAV) is presented, which is a potential futuristic individual transportation. The blade element theory (BET) is employed to compute a rotational velocity. A computational fluid dynamics (CFD) simulation is performed to investigate the difference in the thrust performance in the rotor axis distance of a quad-copter PAV in hovering. Modal analysis is performed to create a Campbell diagram to investigate critical speed. Consequently, a quad-copter PAV changes the aerodynamics thrust and critical velocity according to the rotor axis distance.
In modem wind power system of large capacity above 1MW, horizontal axis wind turbine(HAWT) is a common type. And, the optimum design of wind turbine to guarantee excellent power performance and its reliability in structure and longevity is a key technology in wind Industry. In this study, mathematical expressions based upon the conventional BEMT(blade element momentum theory) applying to basic 1MW wind turbine blade configuration design. Power coefficient and related flow parameters, such as Prandtl's tip loss coefficient, tangential and axial flow induction factors of the wind turbine analyzed systematically. X-FOIL was used to acquire lift and drag coefficients of the 2-D airfoils and we use Viterna-Corrigan formula to interpolate the aerodynamic characteristics in post-stall region. In order to predict the performance characteristics of the blade, a performance analysis carried out by BEMT method. As a results, axial and tangential flow factors, angle of attack, power coefficient investigated in this study.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.8
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pp.856-862
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2015
Tidal current energy is an important alternative energy resource among the various ocean energy resources available. The tidal currents in the South-Western sea of Korea can be utilized for the development of tidal current power generation. Tidal power generation can be beneficial for many fishing nurseries and nearby islands in the southwest region of Korea. Moreover, tidal power generation is necessary for promoting energy self-sufficient islands. As tidal currents are always available, power generation is predictable; thus, tidal power is a reliable renewable energy resource. The selection of an appropriate hydrofoil is important for designing a tidal current turbine. This study concentrates on the selection and numerical analysis of four different hydrofoils (MNU26, NACA63421, DU91_W2_250, and DU93_W_210LM). Blade element momentum theory is used for configuring the design of a 50 W class turbine rotor blade. The optimized blade geometry is used for computational fluid dynamics (CFD) analysis with hexahedral numerical grids. Among the four blades, NACA63421 blade showed the maximum power coefficient of 0.45 at a tip speed ratio of 6. CFD analysis is used to investigate the power coefficient, pressure coefficient, and streamline distribution of a 50 W class horizontal axis tidal current turbine for different hydrofoils.
Blades of tidal stream turbines have to sustain many different loads during operation in the underwater environment, so securing their structural safety is a key issue. In this study, we focused on periodic loads due to wave orbital motion and propose a load reduction method with a blade design. The flap of an airplane wing is a well-known structure designed to increase lift, and it can also change the load distribution on the wing through deflection. For this reason, we adopted a passive flap structure for the load reduction and investigated its effectiveness by an analytical method based on the blade element moment theory. Flap torsional stiffness required for the design of the passive flap can be obtained by calculating the flap moment based on the analytic method. Comparison between a flapped and a fixed blade showed the effect of the flap on load reduction in a high amplitude wave condition.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.1
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pp.115-121
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2007
The aeroelastic analysis of rotor blades with trailing edge flaps, focused on reducing vibration while minimizing control effort, are investigated using large deflection-type beam theory in forward flight. The rotor blade aerodynamic forces are calculated using two-dimensional quasi-steady strip theory. For the analysis of forward flight, the nonlinear periodic blade steady response is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim. The objective function, which includes vibratory hub loads and active flap control inputs, is minimized by an optimal control process. Numerical simulations are performed for the steady-state forward flight of various advance ratios. Also, numerical results of the steady blade and flap deflections, and the vibratory hub loads are presented for various advance ratios and are compared with the previously published analysis results obtained from modal analysis based on a moderate deflection-type beam theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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