Nowadays renewable energy has undergone major development, however most renewable energy resources still have demerit which is under the influence of environmental factors that can not be set up the power plants or can not be generated the rated power. To wander from the point of environmental instability, the present paper looks at the tidal current energy which can supply regular electric power. It has an important merit which is more predictable than others, however the place which can be set up is limited and the turbine system must be optimized. The development of the optimized rotor blades design is urgent to obtain regular electric power using the tidal current energy. Therefore, the paper expands on this idea and presents a conceptual design of 100kW horizontal axis rotor blade for the tidal current turbine using blade element momentum (BEM) analysis. The compatibility of horizontal axis tidal turbine (HATT) is verified using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, ANSYS-CFX. This paper presents results of the numerical analysis, such as pressure, streak line and the performance curves with torque data for the inflow of the horizontal axis tidal current turbine (HATT).
Numerical calculation for the 1MW class horizontal axis wind turbine blade has been carried out to estimate the magnitude between discrete noise and random noise. Farassat formula 1A was adopted to get the discrete noise signal, and blade element momentum theory was used to obtain the distribution of the aerodynamic data along the blade span. Fukano's approach was also adopted to calculate the unsteady aerodynamic random noise due to the Karman vortex generation at the trailing edge of the wind turbine blade. From the noise prediction for the 1MW class horizontal axis wind turbine, the frequency band of the discrete noise lies in the infrasound region, and that of the random noise lies in the audible band region.
Recently, the development of aerospace and automobile industries brought new technological challenges, related to the growing complexity of products and new geometry models. High speed machining using 5-Axis milling machine is widely used for 3D sculptured surface parts. 5-axis milling of turbine blade generates the vibration, deflection and twisting caused from thin and cantilever shape. So, the surface roughness and the waviness of workpiece are not good. In this paper, The effects of cutter orientation and lead/tilt angle in 5-Axis high speed ball end-milling of turbine blade were investigated to improve the geometric accuracy and surface integrity. The experiments were performed at lead/tilt angle $15^{\circ}$ of workpiece with four cutter directions such as horizontal outward, horizontal inward, vertical outward, and vertical inward. Workpiece deflection, surface roughness and machined surface were measured with various cutter orientations such as cutting direction, and lead/tilt angle. The results show that when 5-axis machining of turbine blade, the best cutting strategy is horizontal inward direction with tilt angle. The results show that when 5-axis machining of turbine blade, the best cutting strategy is horizontal inward direction with tilt angle.
A tidal current turbine is designed and analyzed numerically by using blade element momentum theory. The rated power has a limitation because the diameter of the tidal current turbine cannot exceed the depth of sea water. This study investigates a horizontal axis tidal-current turbine with a rated power of 500 kW. NACA-6 series laminar foil shape is used for basic airfoil along the blade span. The distributions of chord length and twist angle along the blade span are obtained from the hydrodynamic optimization procedure. Prandtl's tip loss correction and angle of attack correction considering the three-dimensional effect are applied for this study. The power coefficient curve shows maximum peak at the rated tip speed ratio of 6.0, and the maximum torque coefficient is developed at the tip speed ratio of 4. The drag coefficient reaches about 0.85 at the design tip speed ratio.
Recently, the development of aerospace and automobile industries has brought new technological challenges, rebated to the growing complexity of products and the new geometry of the models. High speed milling with a 5-Axis milling machine has been widely used fur 3D sculptured surface parts. When turbine blades are machined by a 5-axis milling, their thin and cantilever shape causes vibrations, deflections and twists. Therefore, the surface roughness and the waviness of the workpiece are not good. In this paper, the effects of cutter orientation and the lead/tilt angle used to machine turbine blades with a 5-axis high speed ball end-milling were investigated to improve geometric accuracy and surface integrity. The experiments were performed using a lead/tilt angle of 15$^{\circ}$ to the workpiece with four cutter directions such as horizontal outward, horizontal inward, vertical outward, and vortical inward directions. Workpiece deflection, surface roughness and the machined surface were all measured with various cutter orientations such as cutting directions, and lead/tilt angle. The results show that the best cutting strategy for machining turbine blades with a 5-axis milling is horizontal inward direction with a tilt angle.
This study is to develop a 1kW-class horizontal axis wind turbine(HAWT) rotor blade which will be applicable to relatively low wind speed regions in southwest islands in Korea. Shape design of 1kW-class small wind turbine rotor blade is carried out using a blade profile with relatively high lift to drag ratio by blade element momentum theory(BEMT). Aerodynamic analysis on the newly designed rotor blade is performed with the variation of tip speed ratio. Power coefficient and pressure coefficient of the designed rotor blade are investigated according to tip speed ratio.
In the present study, two numerical methods were developed and compared for the performance prediction of the horizontal axis energy conversion turbine. The Blade Element Momentum Theory was adopted, and the rotating reference frame method for Computational Fluid Dynamics solver was also used. Hybrid meshing was used for the complex geometry of turbines. The analysis results using each method were compared to figure out a better method for the performance prediction.
본 논문에서는 로터 블레이드, 발전기, 로터 블레이드와 발전기에 연결된 고/저속 회전축 및 회전축간의 회전력을 전달하는 기어 시스템 등 다수의 몸체가 서로 상대적인 운동이 가능한 채 연결되어 있는 단일로터 수평축 풍력발전 시스템을 다몸체 시스템으로 간주한 후, 다몸체 역학을 이용한 풍력발전 시스템 모델링 기법을 제안하였다. 이를 기반으로 풍력발전 시스템의 성능 해석을 위한 시뮬레이터를 개발하였다. 그리고 다양한 시뮬레이션을 통해 제안된 풍력발전 시스템 모델링 기법과 시뮬레이터의 타당성을 검증하였다.
This paper discusses about the mathematical modelling of a new conceptual shape of horizontal axis wind turbine. The geometrical characteristic of wind turbine is studied for the variation of azimuthal angles and elevation angles. The projecting trajectories of Cuban-8 blade due to rotation are analyzed on the each plane in the Cartesian coordinate system. Trajectories show several interesting graphical patterns since the geometrical shape is complicated with the rotational motion of two twisted circumferential blades with elevation angles.
Tian, Wenlong;Song, Baowei;VanZwieten, James H.;Pyakurel, Parakram;Li, Yanjun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권1호
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pp.73-82
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2016
In order to extend the operational life of Underwater Moored Platforms (UMPs), a horizontal axis water turbine is designed to supply energy for the UMPs. The turbine, equipped with controllable blades, can be opened to generate power and charge the UMPs in moored state. Three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are performed to study the characteristics of power, thrust and the wake of the turbine. Particularly, the effect of the installation position of the turbine is considered. Simulations are based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the shear stress transport ${\kappa}-{\omega}$ turbulent model is utilized. The numerical method is validated using existing experimental data. The simulation results show that this turbine has a maximum power coefficient of 0.327 when the turbine is installed near the tail of the UMP. The flow structure near the blade and in the wake are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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