Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.60
no.1
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pp.80-86
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2024
We analyzed the performance of hubless rim propellers based on the number of blades, maintaining a fixed pitch ratio and expanded area ratio, using computational fluid dynamics (CFD). Thrust coefficient, torque coefficient and efficiency according to the number of blades were analyzed. In addition, the pressure distribution on the discharge and suction sides of the blade was analyzed. As the advance ratio increases, the thrust coefficient decreases. The highest thrust was shown when the advance ratio was lowest. For the three, four, five and six-blades, the torque coefficient tended to decrease as the advance ratio increased. In the case of seven and eight-blades, the torque coefficient tended to increase as the advance ratio increased. The maximum efficiency was found when the advance ratio was 0.8. When the three-blade, it showed high efficiency at all advance ratios. A high pressure distribution was observed at the leading edge of the discharge blade, and a low pressure distribution was observed at the trailing edge. Applying a hubless rim-driven thruster with the three-blade can generate higher thrust and increase work efficiency.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.8
s.113
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pp.864-871
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2006
In the development of electricity generating wind turbines for wind farm application, only two types have survived as the methods of power regulation; stall regulation and full span pitch control. The main purpose of this paper is to experimentally identify the characteristics of noise emission of wind turbines according to the power regulation types. The sound measurement procedures of IEC 61400-11 are applied to field test and evaluation of noise emission from each of 1.5 MW and 660 kW wind turbines (WT) utilizing the stall regulation and the pitch control for the power regulation, respectively. Apparent sound power level, wind speed dependence, third-octave band levels and tonality are evaluated for both of WTs. It is observed that equivalent continuous sound pressure levels (ECSPL) of the stall control type of WT continue to increase with increasing wind speed whereas those of the pitch control type of WT show less correlation with wind speed. These observed characteristics are believed to be due to the different airflow patterns around the blade between the stall regulation and the pitch control types of WT; the airflow on the suction side of blade in the stall types of WT are separated at the high wind speed. It is also found that the 1.5 MW WT using the stall control emits lower sound power than 660 kW one using the pitch control at wind speeds below 8m/s, whereas sound power of the former becomes higher than that of the latter in the wind speed over 8m/s. This wind-speed dependence of sound power leads to the very different noise omission characteristics of WTs depending on the seasons because the average wind speed in summer is lower than 8m/s whereas that in summer is higher. Based on these experimental observations, it is proposed that, in view of environmental noise regulation, the developer of wind farm should give enough considerations to the choice of power regulation of their WTG based on the weather conditions of potential wind farm locations.
Moshfeghi, Mohammad;Hur, Nahmkeon;Kim, Young Joo;Kang, Hyun Wook
Journal of computational fluids engineering
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v.19
no.4
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pp.80-85
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2014
High-volume low-speed (HVLS) fans are one category of ceiling fan installed in large enclosings such as warehouses, large barns and health clubs in order to generate comfortable air circulation. As a rotary blade, aerodynamic performance of a HVLS fan is predominantly related to its airfoil(s), and the pitch and twist angles. This paper first, investigates the effects of airfoil on the performances of three different HVLS fans with NACA 5414, 6413 and 7415 airfoils. The fans have six untwisted blades with the diameter of 6 m and rotate at 60 RPM. The blades pitch angels are $12^{\circ}$, $12^{\circ}$ and $13^{\circ}$, respectively. The results are presented in the form of the aerodynamic forces and moments, volumetric flow rate and streamlines. Regarding the volumetric flow of air, the results show that the model with NACA 7415 has the best performance. Hence, two other HVLS fans with the same airfoil but, with four and five blades are studied in order to investigate the effects of number of blades. From the point of view of air circulation still the six-bladed fan is the best one; however, the five-bladed fan is more efficient in power consumption.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.23
no.1
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pp.1-6
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2013
For regulating generator speed above the rated wind, versatile methods have been published based on PID. However, these methods with the fixed PID gains could not guarantee that the controller works well in the whole area. In this paper, variable PID gain method has been suggested to overcome this problem. The sensitivity of power to blade pitch angle changes according to wind speed. The variable PID gain function has been derived from this sensitivity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.8
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pp.693-702
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2015
This paper presents the performance characteristics of a Darrieus-type vertical-axis wind turbine (VAWT) with National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) airfoil blades. To estimate the optimum shape of the Darrieus-type wind turbine in accordance with various design parameters, we examine the aerodynamic characteristics and separated flow occurring in the vicinity of the blade, the interaction between the flow and blade, and the torque and power characteristics that are derived from it. We consider several parameters (chord length, rotor diameter, pitch angle, and helical angle) to determine the optimum shape design and characteristics of the interaction with the ambient flow. From our results, rotors with high solidity have a high power coefficient in the low tip-speed ratio (TSR) range. On the contrary, in the low TSR range, rotors with low solidity have a high power coefficient. When the pitch angle at which the airfoil is directed inward equals $-2^{\circ}$ and the helical angle equals $0^{\circ}$, the Darrieus-type VAWT generates maximum power.
Bosnar, Danijel;Kozmar, Hrvoje;Pospisil, Stanislav;Machacek, Michael
Wind and Structures
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v.32
no.5
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pp.471-485
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2021
Onshore wind turbines may experience substantially different wind loads depending on their working conditions, i.e. rotation velocity of rotor blades, incoming freestream wind velocity, pitch angle of rotor blades, and yaw angle of the wind-turbine tower. In the present study, aerodynamic loads acting on a horizontal axis wind turbine were accordingly quantified for the high tip speed ratio (TSR) at high yaw angles because these conditions have previously not been adequately addressed. This was analyzed experimentally on a small-scale wind-turbine model in a boundary layer wind tunnel. The wind-tunnel simulation of the neutrally stratified atmospheric boundary layer (ABL) developing above a flat terrain was generated using the Counihan approach. The ABL was simulated to achieve the conditions of a wind-turbine model operating in similar inflow conditions to those of a prototype wind turbine situated in the lower atmosphere, which is another important aspect of the present work. The ABL and wind-turbine simulation length scale factors were the same (S=300) in order to satisfy the Jensen similarity criterion. Aerodynamic loads experienced by the wind-turbine model subjected to the ABL simulation were studied based on the high frequency force balance (HFFB) measurements. Emphasis was put on the thrust force and the bending moment because these two load components have previously proven to be dominant compared to other load components. The results indicate several important findings. The loads were substantially higher for TSR=10 compared to TSR=5.6. In these conditions, a considerable load reduction was achieved by pitching the rotor blades. For the blade pitch angle at 90°, the loads were ten times lower than the loads of the rotating wind-turbine model. For the blade pitch angle at 12°, the loads were at 50% of the rotating wind-turbine model. The loads were reduced by up to 40% through the yawing of the wind-turbine model, which was observed both for the rotating and the parked wind-turbine model.
A small unmanned helicopter was suggested to replace the conventional spray system. Aerial application using an agricultural helicopter helps precise and timely spraying, and reduces labor intensity and environmental pollution. In this research, a rotor system (SW05) was developed and its lift capability was evaluated. Lift force for the dead weight of the helicopter was obtained at the grip pitch angle of $12^{\circ}$. As the pitch angle increased to $14^{\circ}$ and $16^{\circ}$, the payload increased to 176 N and 216 N, respectively. Compared with SW04 airfoil performance in the total lift, the SW05 airfoil showed nearly the same capacity, but the payload of the SW05 was reduced because of the increased dead weight. A rated flight condition was defined as lifting mean payload of 294 N with the grip pitch angles of $16{\sim}17^{\circ}$ at the rotor rotating speed of 850~950 rpm for the adjusted engine power. The fuel consumption would be 4.8~6.0 L/hr, and the air temperature of cooling fan should be kept below $160^{\circ}C$.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.6
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pp.487-497
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2011
Numerical analysis has been performed to investigate the rotor speed and pitch range variations when the airspeed is increased in autorotation. Transient Simulation Method(TSM) was used to obtain the steady states of autorotation. The rotor blade was analyzed by the two-dimensional compressible Navier-Stokes solver in order to adapt to the airspeed increase and the results were used in the transient simulation method. Meanwhile, the Pitt/Peters inflow theory was used to supply the induced velocity fields. For the prescribed torque equilibrium state, the combinations of velocity, shaft angle, and pitch angle were produced to investigate the rotor speeds and variable ranges. The rotor tip Mach number and rotor speed were correlated and the trim range of pitch angle was observed with respect to the shaft angle decrease.
Wind energy is considered as the most competitive energy source in terms of power generation cost and efficiency. The power train of the pitch drive for a wind turbine uses a 3-stage complex planetary gear system in being developed locally. A gear train of the pitch drive consists of an electric or hydraulic motor and a planetary decelerator, which optimizes the pitch angle of the blade for wind generators in response to the change in wind speed. However, it is prone to many problems, such as excessive repair costs in case of failure. Complex planetary gears are very important parts of a pitch drive system because of strength problem. When gears are designed for the power train of a pitch drive, it is necessary to analyze the fatigue strength of gears. While calculating the specifications of the complex planetary gears along with the bending and compressive stresses of the gears, it is necessary to analyze the fatigue strength of gears to obtain an optimal design of the complex planetary gears in terms of cost and reliability. In this study, the specifications of planetary gears are calculated using a self-developed gear design program. The actual gear bending and compressive stresses of the planetary gear system were analyzed using the Lewes and Hertz equation. Additionally, the calculated specifications of the complex planetary gears were verified by evaluating the results from the Stress - No. of cycles curves of gears.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.14
no.4
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pp.273-279
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2011
Turbulent flow analysis around a wind turbine blade was performed to evaluate the power performance of offshore wind turbine. Fluent package was utilized to solve the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations in non-inertial rotating coordinates. The realizable k-$\varepsilon$ model was used for turbulence closure and the grid system combining structured and unstructured grids was generated. In the first, lift and drag forces of 2-D foil section were calculated and compared with existing experimental data for the validation. Then torque and thrust of the wind turbine blade having NACA 4-series sections were calculated with fixed pitch angle and rpm. Tip speed ratio was varied by changing wind speed. In the next, three kinds of end plate were attached at the tip of blade in order to increase the power of the wind turbine. Among them the end plate attached at the suction side of the blade was found to be most effective. Furthermore, performance analysis with tilt angle and rake was also performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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