This paper describes the numerical analysis of effect of geometric variation on the straight-bladed vertical axis wind turbine. Geometry variation is performed with pockets on the blades. The results presented in this numerical analysis show the general flow pattern of near the bladed, and azimuth angle variation on stating torque value. It is shown that the pockets makes torque higher about 80%.
Taper roller bearing is used on rotating shaft where radial and thrust loads are attended. To avoid the sudden failure and maintain the good condition of rotating machinery it is necessary to monitor the condition of bearing and diagnose the defect of bearing. In this study the diagnosis program of taper roller bearing which is used on the lower bearing of V.A.W.T. (Vertical Axis Wind Turbine) is developed. By plenty of test the database is constructed and by Gaussian distribution obtained from database the defect probability of bearing is calculated.
A cylindrical structure has a very long period of heave and pitch motion response in ocean waves. To obtain the dynamic stability of a cylindrical structure, it is necessary to obtain the suitable metacentric height (GM). However, in a structure with sufficient metacentric height, Mathieu instability can occur if the natural frequency of the heave motion is double the natural frequency of the roll and pitch motion. This study carried out numerical calculations and experiments for vertical-axis wind turbines with cylindrical floaters, which had three different centers of gravity. In the regular wave experiment, the divergence of the structure motion without yaw was observed when the natural frequency of the heave motion was double the natural frequency of the roll and pitch motion. In the irregular wave experiment, the motion spectra of the structures with the different centers of gravity were compared, and one was very high when the natural frequency of the heave motion was double the natural frequency of the roll and pitch motion.
Jang, Hwa Sup;Kim, Ho Sun;Kwak, Yeon Min;Park, Jae Hyun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.4
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pp.421-430
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2013
To predict behaviors of offshore wind turbines which are highly laterally loaded structures and to design them rationally, evaluating the soil-foundation interaction is important. Nowadays, there are many soil modeling methods for structural analysis of general structures subjected to vertical loads, but using the methods without any consideration for design of a monopile foundation is eschewed because it might cause wrong structural design due to the deferent loading state. In this paper, we identify the differences of the member forces and displacements by design methods. The results show that fixed end method is barely suitable for monopile design in terms of checking the serviceability because it underestimate the lateral displacement. Fixed end method and stiffness matrix method underestimate the member forces, whereas virtual fixed end method overestimates them. The results of p-y curve method and coefficient of subgrade reaction method are similar to the results of 3D soil modeling method, and 2D soil modeling method overestimates the displacement and member forces as compared with other methods.
This paper proposes an effective inertia coefficient (EIC) in the Morison equation for better wave-force calculations. The OC4 semi-submersible floating offshore wind turbine (FOWT) platform was considered to test the feasibility. Large diffraction at large Keulegan-Carpenter (KC) numbers and the interaction between columns can result in errors in estimating the wave force using the Morison equation with a theoretical inertia coefficient, which can be corrected by the EIC as a function of the wave period and direction. The horizontal and vertical wave forces were calculated using the Morison equation and potential theory at each column, wave period, and wave direction. The EICs of each column were then obtained, resulting in a minimal difference between the Morison inertia force and the wave excitation force by the potential theory. The EICs, wave forces, phase angles, and dynamic motions were compared to confirm the feasibility of an EIC concept under regular and random waves.
Seo, Ji-Hoon;Choo, Yun Wook;Goo, Jeong-Min;Kim, Youngho;Park, Jae Hyun
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.32
no.11
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pp.5-19
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2016
This paper presents the results from three-dimensional finite element (FE) analysis undertaken to provide insight into the lateral behaviors of piled gravity base foundation (GBF) for offshore wind turbine. The piled GBF was originally developed to support the gravity based foundation in very soft clay soil. A GBF is supported by five piles in a cross arrangement to achieve additional vertical bearing capacity. This study considered four different cases including a) single pile, b) three-by-three group pile (with nine piles), c) cross-arrangement group pile (with five piles), and d) piled GBF. All the cases were installed in homogenous soft clay soil with undrained shear strength of 20 kPa. From the numerical results, p-y curves and thus P-multiplier was back-calculated. For the group pile cases, the group effect decreased with increasing the number of piles. Interestingly, for the piled GBF, the P-multipliers showed a unique trend, compared to the group pile cases. This study concluded that the global lateral behaviour of the piled GBF was influenced strongly by the interaction between GBF and contacted soil surface.
Suction buckets have been widely used for offshore structures such as anchors for floating facilities, and the foundations of offshore wind energy turbines. However, the design guidelines for suction buckets have not been clearly suggested. Therefore, this study performed the numerical analysis by using ABAQUS (2010) to evaluate bearing capacities and load-movement behaviors of the suction bucket in NC clay. For the numerical analysis, the depth ratio L/D (L=embedded length of skirt; D=diameter of a bucket) was varied from 0.25 to 1.0. The analysis results showed that the L/D ratio has a significant effect on the bearing capacity, and the vertical and horizontal capacities respectively increased by about 40% and 90%, when L/D ratio increased from 0.25 to 1.0. At the vertical loading, the bucket showed the similar failure mode with a deep foundation, so the shaft and toe resistances can be separately evaluated. At the horizontal loading, the bucket with L/D=O.25 showed the sliding failure mode and the bucket with $L/D{\geq}0.5$ showed the rotational failure mode.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.10
no.5
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pp.389-395
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2017
This paper showed the difference in the optimum conditions by using the ANSYS CFX simulation program with the changes of the main-blade angle and sub-blade angle. Main-blade Shape 4,which had angle $45^{\circ}$ while other Shapes with angle $0^{\circ}$, was increased to 157.2[%] to 263.2[%] in the power and was increased to 110[%] to 250[%] in the power coefficient. Moreover, when the Shape 5 Fin length of main-blade doubled, the power was 70.8[%] when compared with Shape 1 and 27.5[%] with shape 4.If the main-blade geometry equals shape 1 in the case structure, The power of Case1 was increased to 13.3[%] when compared with Case2. Also, the power coefficient was increased to 15.4[%]. When sub-blade angle was $45^{\circ}$, main-blade was better than the Fin type than the Bended type. The power of Case4 was increased to 47[%] when compared with Csae1 and increased to 13.6[%] with Case 3. Also, the power coefficient was 46.7[%] when compared with Case 1 and 15.8[%] with Case 3.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.8
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pp.653-660
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2015
In this study, we conduct power performance and load analyses of two different types of vertical-axis tidal-current turbines using the computational fluid dynamics (CFD) method. To analyze the power output and loads, we perform transient CFD simulations considering the cavitation model using ANSYS CFX. The averaged power output of an H-type rotor was 7.47 kW and 67.6 kW in normal and extreme operating conditions, respectively, which did not satisfy the initial design conditions. However, in the case of the helical-type rotor, the power output under normal and extreme conditions were close to the expected values. The cavitation, which may cause instantaneous power fluctuation, occurred repeatedly at the suction side of the rotors. In order to guarantee a more stable power supply and to prevent fatigue failure, we require a design that minimizes cavitation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2411-2425
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2013
In the design of pile foundation on the rock layer in the stratified structure with sedimentary and rock layers, the structural analysis of the stratified rock layer is required to determine the failure modes (flexural failure, punching shear failure or end bearing failure) and the bearing capacity of the rock layer. However, the existing usable Elastic Plate Analysis Method (EPAM) suggested by ACI committee 436 and Korean Code Requirements for Structural Foundation Design is very complex, and engineers have many difficulties in using it. Therefore, in this research, we proposed the relatively simple Circular Foundation Analysis Method (CFAM) with the concept and the equation of the equivalent effective width (radius) instead of the complex EPM, and the related equations of bending moment and shear force to be equal to the analysis results of EPAM. As a result, the proposed CFAM using the equivalent effective width (radius) is simple and convenient to use, and the analysis results of it are very good in their accuracies comparing those of EPAM and Finite Element Method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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