Newly updated wing shape to apply small vertical wind turbine is tested with digital wind tunnel in this study. Digital wind tunnel is designed to reduce length of wind tunnel and also to maximize its area of test section. Same DC fans of ninety six are installed in the end side of its rectangular duct and air can be blown out to the other side to have uniform flow with same electricity power. New wing is concluded using experimental plan and analysis with 4-parameters and 3-levels, and tested with digital wind tunnel. It shows better performance in lift to drag ratio, and can applied to the wind turbine for the higher torque and lower thrust.
In the present study, the effects of contaminant accumulation and surface roughness on the aerodynamic performance of wind turbine blade sections were numerically investigated by using a flow solver based on unstructured meshes. The turbulent flow over the rough surface was modeled by a modified ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model. The calculations were made for the NREL S809 airfoil with varying contaminant sizes and positions at several angles of attack. It was found that as the contaminant size increases, the degradation of the airfoil performance becomes more significant, and this trend is further amplified near the stall condition. When the contaminant is located at the upper surface near the leading edge, the loss in the aerodynamic performance of the blade section becomes more critical. It was also found that the surface roughness leads to a significant reduction of lift, in addition to increased drag.
Takeyeldein, Mohamed M.;Ishak, I.S.;Lazim, Tholudin M.
Wind and Structures
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v.35
no.3
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pp.147-155
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2022
This research proposes a wind-lens turbine design that can startup and operate at a low wind speed (< 5m/s). The performance of the wind-lens turbine was investigated using CFD and wind tunnel testing. The wind-lens turbine consists of a 3-bladed horizontal axis wind turbine with a diameter of 0.6m and a diffuser-shaped shroud that uses the suction side of the thin airfoil SD2030 as a cross-section profile. The performance of the 3-bladed wind-lens turbine was then compared to the two-bladed rotor configuration while keeping the blade geometry the same. The 3-bladed wind-lens turbine successfully startup at 1m/s and produced a torque of 66% higher than the bare turbine, while the two-bladed wind-lens turbine startup at less than 4m/s and produced a torque of 186 % higher than the two-bladed bare turbine at the design point. Findings testify that adding the wind-lens could improve the bare turbine's performance at low wind speed.
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.
A successful blade design must satisfy some criterions which might be in conflict with maximizing annual energy yield for a specified wind speed distribution. These criterions include maximizing power output, more resistance to fatigue loads, reduction of tip deflection, avoid resonance and minimize weight and cost. These criterions can be satisfied by modifying the geometrical parameters of the blade. This study is dedicated to the aerodynamic assessment of a 20 kW horizontal axis wind turbine operating with two possible airfoils; that is $G{\ddot{o}}ttingen$ 413 and NACA 2415 airfoils (the Gottingen airfoil never been used in wind turbines). For this study parameters such as chord (constant, tapered and elliptic), twist angle (constant and linear) are varied and applied to the two airfoils independently in order to determine the most adequate blade configuration that produce the highest annual energy output. A home built numerical code based on the Blade Element Momentum (BEM) method with both Prandtl tip loss correction and Glauert correction, X-Foil and Weibull distribution is developed in Matlab and validated against available numerical and experimental data. The results of the assessment showed that the NACA 2415 airfoil section with elliptic chord and constant twist angle distributions produced the highest annual energy production.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.5
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pp.536-544
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2009
The performance of radars operated near an offshore wind farm region may be degraded due to the distorted signals by wind turbines. This degradation of radar systems includes ghost effects and doppler effects by a tower, nacelle, and turbine blades consisting of the wind turbine. In this paper, electromagnetic wave backscatterings from a offshore wind turbine are numerically simulated in terms of temporal radar cross section and radar cross section spectra, using a quasi-static approach based on physical optics and physical theory of diffraction. The simulations are carried out at 3.05 GHz for the seven yaw angles and four blade pitch angles. From the results, radar cross section values and doppler effect as turbine blades rotate are investigated.
This paper presents a rational methodology to calculate the bending moment distribution for fatigue tests of wind blades using the pairs of the strain gauges attached on the surfaces of wind blades. The methodology is based on the equation for the strains as functions of their positions and bending stiffness under the pure bending of the asymmetric cross section of a beam. The equation is used to simultaneously calculate flapwise and edgewise bending moment distribution of the wind blade brought by single or even dual axis fatigue tests. The appropriate position and selection scheme of strain gauges on a blade section were proposed through the observation of the strains on blade surfaces simulated with the finite element analysis for the full 3D shell model of a 100m-length-grade wind blade. The blade bending moment distribution calculated from the strains using the proposed methodology has shown to have very small dependency on the gauge positions and selections of the gauge pairs.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.1394-1399
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2001
The purpose of this paper is that investigates the dynamic behavior characteristic of W.T.S(Wind Turbine System) and carries out the evaluation analysis during operating W.T.S. To investigate the dynamic behavior characteristic of W.T.S. the experiments to measure vibration of the blade from the attached accelerometer on the flap and edge section of the blade that is one of the most important elements of dynamic characteristic of W.T.S are performed. Natural frequency and mode shape are calculated with commercial program (STAR MODAL) using the measured vibration acceleration that receives the signal with F.F.T Analyzer from the accelerometer. For validation of these experiments. the finite element analysis is performed with commercial F.E.M Program (ANSYS) on the basis of the natural frequency and mode shape. The results indicate that experimental values have good agreements with the finite element analysis.
Unseong Kim;Kyeongryeol Park;Seongmin Kang;Yong Seok Choi;Kyungeun Jeong;Soomin Lee;Kyungjun Lee
Tribology and Lubricants
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v.40
no.4
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pp.133-138
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2024
This study evaluates the structural safety of wind turbine blades, analyzes the behavior of composite laminate structures with and without defects, and assesses surface erosion wear. The NREL 5 MW standard is applied to assign accurate composite material properties to each blade section. Modeling and analysis of the wind turbine blades reveal stable behavior under individual load conditions (gravity, motor speed, wind speed), with the web bearing most of the load. Surface erosion wear analysis in which microparticle impacts are simulated on the blade coating shows a maximum stress and maximum displacement of 14 MPa and 0.02 mm, respectively, indicating good initial durability, but suggest potential long-term performance issues due to cumulative effects. The study examines defect effects on composite laminate structures to compare the stress distribution, strain, and stiffness characteristics between normal and cracked states. Although normal conditions exhibit stable behavior, crack defects lead to fiber breakage, high-stress concentration in the vulnerable resin layer, and decreased rigidity. This demonstrates that local defects can compromise the safety of the entire structure. The study utilizes finite element analysis to simulate various load scenarios and defect conditions. Results show that even minor defects can significantly alter stress distributions and potentially lead to catastrophic failure if left unaddressed. These findings provide valuable insights for wind turbine blade safety evaluations, surface protection strategies, and composite structure health management. The methodology and results can inform the design improvements, maintenance strategies, and defect detection techniques of the wind energy industry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.12
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pp.1007-1013
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2009
The purposes of this study are to evaluate the power performance through CFD analysis and structural integrity through uni-directional FSI analysis in aerodynamic design and structure design of wind turbine blade. The blade was designed to generate the power of 2MW under the rated wind speed of 11 m/s, consisting of NACA 6 series, DU series and FFA series airfoil. The inside section of the blade was designed into D-spar structure and circular stiffener was placed to reinforce the structural strength in the part of hub. CFD analysis with the application of transitional turbulence model was performed to evaluate the power performance of blade according to the change of TSR and 2.024MW resulted under the condition of rated wind speed. TSR of 9 produced the maximum power coefficient and in this case, Cp was 0.494. This study applied uni-directional FSI analysis for more precise evaluation of structural integrity of blade, and the results of fiber failure, inter fiber failure and eigenvalue buckling analysis were evaluated, respectively. For the evaluation, Puck's failure criteria was applied and the result showed that fiber failure and inter fiber failure did not occur under every possible condition of the analysis. As a result, power performance and structural integrity of 2 MW blade designed in this study turned out to satisfy the initial design goals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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