We used a cylindrical model which simulates turbine blade leading edge to investigate the effects of free-stream turbulence intensity and blowing ratio on film cooling of turbine blade leading edge. Tests are carried out in a low-speed wind tunnel on a cylindrical model with three rows of injection holes. Mainstream Reynolds number based on the cylinder diameter was $7.1\times10^4$. Two types of turbulence grid are used to increase a free-stream turbulence intensity. The effect of coolant blowing ratio was studied for various blowing ratios. For each blowing ratios, wall temperatures around the surface of the test model are measured by thermocouples installed inside the model. Results show that blowing ratios have small effect on spanwise-averaged film effectiveness at high free-stream turbulence intensity. However, an increase in free-stream turbulence intensity enhances significantly spanwise-averaged film effectiveness at low blowing ratio.
Cho Bong-Hyun;Lee Chang-Su;Choi Sung-Ok;Ryu Ki-Wahn
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.25-32
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2005
The aerodynamic loads at the blade hub and the drive shaft for 1MW horizontal axis wind turbine are calculated numerically. The geometric shape of the blade such as chord length and twist angle can be obtained fran the aerodynamic optimization procedure. Various airfoil data, that is thick airfoils at hub side and thin airfoils at tip side, are distributed along the spanwise direction of the rotor blade. Under the wind data fulfilling design load cases based on the IEC61400-1, all of the shear forces, bending moments at the hub and the low speed shaft of the drive train are obtained by using the FAST code. It shows that shear forces and bending moments have a periodic. trend. These oscillating aerodynamic loads will lead to the fatigue problem at both of the hub and drive train From the load analysis the maximum shear forces and bending moments are generated when wind turbine generator system operates in the case of the extreme speed wind condition.
Wind tunnel tests were conducted on a model of deck section from the Ting Kau cable stayed bridge. The purpose of the tests was to determine the set of aerodynamic derivatives conventionally used to describe the motion-induced forces arising from the wind flow, and to investigate the stability of the deck under different conditions of turbulence and angle of attack. The study shows that except for large negative angles of attack the deck section itself is stable up to a high wind speed, and that when instability does occur it is essentially a single degree of freedom (torsional) flutter.
Seo, Beom-Keun;Byon, Jae-Young;Lim, Yoon-Jin;Choi, Byoung-Choel
Journal of the Korean earth science society
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v.36
no.2
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pp.158-170
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2015
This study evaluates the wind speed forecast near the surface layer using the Weather Research Forecasting with Large Eddy Simulation (WRF-LES) model in order to compare the planetary boundary layer (PBL) parameterization with the LES model in terms of different spatial resolution. A numerical simulation is conducted with 1-km and 333-m horizontal resolution over the Gangwon Province including complex mountains and coastal region. The numerical experiments with 1-km and 333-m horizontal resolution employ PBL parameterization and LES, respectively. The wind speed forecast in mountainous region shows a better forecast performance in 333-m experiment than in 1-km, while wind speed in coastal region is similar to the observation in 1-km spatial resolution experiment. Therefore, LES experiment, which directly simulates the turbulence process near the surface layer, contributes to more accurate forecast of surface wind speed in mountainous regions.
Investigations on simulated near-surface atmospheric boundary layer (ABL) in an open-jet facility are carried out by conducting experimental tests on small-scale models of low-rise buildings. The objectives of the current study are: (1) to determine the optimal location of test buildings from the exit of the open-jet facility, and (2) to investigate the scale effect on the aerodynamic pressure characteristics. Based on the results, the newly built open-jet facility is well capable of producing mean wind speed and turbulence profiles representing open-terrain conditions. The results show that the proximity of the test model to the open-jet governs the length of the separation bubble as well as the peak roof pressures. However, test models placed at a horizontal distance of 2.5H (H is height of the wind field) from the exit of the open-jet, with a width that is half the width of the wind field and a length of 1H, have consistent mean and peak pressure coefficients when compared with available results from wind tunnel testing. In addition, testing models with as large as 16% blockage ratio is feasible within the open-jet facility. This reveals the importance of open-jet facilities as a robust tool to alleviate the scale restrictions involved in physical investigations of flow pattern around civil engineering structures. The results and findings of this study are useful for putting forward recommendations and guidelines for testing protocols at open-jet facilities, eventually helping the progress of enhanced standard provisions on the design of low-rise buildings for wind.
The suspension bridge is situated in an area of complex topography with both open sea and overland turbulence characteristics, and it is subject to frequent typhoon occurrences. This paper investigates experimentally the possible vortex shedding events of the structure under high wind and typhoon conditions. A single-degree-of-freedom model for the vibration of a unit bridge deck section is adopted to determine the amplitude of vibration and to estimate the parameters related to the lifting force in a vortex shedding event. The results of the studies are presented in a companion paper (Law, et al. 2007). In this paper, statistical analysis on the measured responses of the bridge deck shows that the vibration response at the first torsional mode of the structure has a significant increase at and beyond the critical wind speed for vortex shedding as noted in the wind tunnel tests on a section model of the structure.
A fundamental understanding of the flow around the wind turbine is important to investigate the performance of new type of wind turbine. This study presents the simulation of three dimensional flow fields around the Darius wind turbine as an example. Incompressible Navier-Stokes equations are used for this simulation. The rotating coordinate system that rotates in the same speed of the turbine is used in order to simplify the boundary condition on the blades. Additionally, the boundary fitted coordinate system is employed in order to express the shape of the blades precisely. Fractional step method is used to solve the basic equations. Third order upwind scheme is chosen for the approximation of the non-linear terms since it can compute the flow field stably even at high Reynolds number without any turbulence models. The flow fields obtained in this study are highly complex due to the three dimensionality and are visualized effectively by using the technique of the computer graphics.
A tornado changes its wind speed and direction rapidly; therefore, it is difficult to study the effects of a tornado on buildings in a wind tunnel. The status of the tornado-structure interaction and various models of the tornado wind field found in literature are surveyed. Three dimensional computer modeling work using the turbulence model based on large eddy simulation is presented. The effect of a tornado on a cubic building is considered for this study. The Navier-Stokes (NS) equations are approximated by finite difference method, and solved by an semi-implicit procedure. The force coefficients are plotted in time to study the effect of the Rankine combined vortex model. The tornado is made to translate at a $0^{\circ}$ and $45^{\circ}$ angle, and the grid resolution is refined. Some flow visualizations are also reported to understand the flow behavior around the cube.
Flutter derivatives provide the basis of predicting the critical wind speed in flutter and buffeting analysis of long-span cable-supported bridges. In this paper, one popular stochastic system identification technique, covariance-driven Stochastic Subspace Identification(SSI in short), is firstly presented for estimation of the flutter derivatives of bridge decks from their random responses in turbulent flow. Secondly, wind tunnel tests of a streamlined thin plate model and a ${\Pi}$ type blunt bridge section model are conducted in turbulent flow and the flutter derivatives are determined by SSI. The flutter derivatives of the thin plate model identified by SSI are very comparable to those identified by the unifying least-square method and Theodorson's theoretical values. As to the ${\Pi}$ type section model, the effect of turbulence on aerodynamic damping seems to be somewhat notable, therefore perhaps the wind tunnel tests for flutter derivative estimation of those models with similar blunt sections should be conducted in turbulent flow.
A tornado changes its wind speed and direction rapidly; therefore, it is difficult to study the effects of a tornado on buildings in a wind tunnel. In this work, the status of the tornado-structure interaction is surveyed by numerical simulation. Various models of the tornado wind field found in literature are surveyed. Three-dimensional computer modeling work using the turbulence model based on large eddy simulation is presented. The effect of tornado on a cubic building is considered for this study. The Navier-Stokes (NS) equations are approximated by finite difference method, and solved by a semi-implicit procedure. The force coefficients are plotted in time to study the effect of the Rankine-Combined Vortex Model. Some flow visualizations are also reported to understand the flow behavior around the cube.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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