The final site of offshore wind power plant should be decided by comprehensive examination of various conditions such as wind resource, sea depth, geology, grid connection, social circumstance and environmental issue. Wind condition is typically regarded as the most important factor because wind energy increases in proportion to wind velocity and it directly relates to the amount of power output, efficiency of power plant and profitability. Advanced countries in the offshore wind power sector such as Denmark, UK and Germany, they are analyzing wind resource accurately by installing the meteorological mast in the ocean in order to get the optimal type of wind turbine and maximum generation efficiency. Also, it is made much of designing offshore power plant on the basis of actual measurement by met-mast and those wind farms have a chance to get the loan with reduced interest rate in project financing. In Korea, the HEMOSU-1 is installed in the ocean around Wido island to analyze wind resource of test bed of 100MW offshore wind power on october last year. This paper deals with the design and construction procedure of the first met-mast in Korea and also shows the site characteristics of test bed. Therefore, this paper will give useful information to local governments and private business sector who are trying to construct offshore wind farm and it can also be a good reference for the following projects of meteorological mast in near future.
To effectively extract the vast wind resource, offshore wind turbines are designed with large rotor and slender tower, which makes them vulnerable to external vibration sources such as wind and wave loads. Substantial research efforts have been devoted to mitigate the unwanted vibrations of offshore wind turbines to ensure their serviceability and safety in the normal working condition. However, most previous studies investigated the vibration control of wind turbines in one direction only, i.e., either the out-of-plane or in-plane direction. In reality, wind turbines inevitably vibrate in both directions when they are subjected to the external excitations. The studies on both the in-plane and out-of-plane vibration control of wind turbines are, however, scarce. In the present study, the NREL 5 MW wind turbine is taken as an example, a detailed three-dimensional (3D) Finite Element (FE) model of the wind turbine is developed in ABAQUS. To simultaneously control the in-plane and out-of-plane vibrations induced by the combined wind and wave loads, another carefully designed (i.e., tuned) spring and dashpot are added to the perpendicular direction of each Tuned Mass Damper (TMD) system that is used to control the vibrations of the tower and blades in one particular direction. With this simple modification, a bi-directional TMD system is formed and the vibrations in both the out-of-plane and in-plane directions are simultaneously suppressed. To examine the control effectiveness, the responses of the wind turbine without control, with separate TMD system and the proposed bi-directional TMD system are calculated and compared. Numerical results show that the bi-directional TMD system can simultaneously control the out-of-plane and in-plane vibrations of the wind turbine without changing too much of the conventional design of the control system. The bi-directional control system therefore could be a cost-effective solution to mitigate the bi-directional vibrations of offshore wind turbines.
Kim, Beom-Jun;Kang, Sung-Woo;Choi, Hyoung-gwon;Yoo, Jung-Yul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1182-1190
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2003
A parallelized FEM code based on domain decomposition method has been recently developed for large-scale computational fluid dynamics. A 4-step splitting finite element algorithm is adopted for unsteady flow computation of the incompressible Navier-Stokes equation, and Smagorinsky LES model is chosen for turbulent flow computation. Both METIS and MPI Libraries are used for domain partitioning and data communication between processors, respectively. Tiburon model of Hyundai Motor Company is chosen as the computational model at Re=7.5 $\times$ 10$^{5}$ , which is based on the car height. The calculation is carried out under both the wind tunnel condition and the road condition using IBM SP parallel architecture at KISTI Super Computing Center. Compared with the existing experimental data, both the velocity and pressure fields are predicted reasonably well and the drag coefficient is in good agreement. Furthermore, it is confirmed that the drag under the road condition is smaller than that under the wind-tunnel condition.
In order to how well predict ISCST3(lndustrial Source Complex Short Term version 3) model dispersion of air pollutant at point source, sensitivity was analysed necessary parameters change. ISCST3 model is Gaussian plume model. Model calculation was performed with change of the wind speed, atmospheric stability and mixing height while the wind direction and ambient temperature are fixed. Fixed factors are wind direction as the south wind(l80") and temperature as 298 K(25 "C). Model's sensitivity is analyzed as wind speed, atmospheric stability and mixing height change. Data of stack are input by inner diameter of 2m, stack height of 30m, emission temperature of 40 "C, outlet velocity of 10m/s. On the whole, main factor which affects in atmospheric dispersion is wind speed and atmospheric stability at ISCST3 model. However it is effect of atmospheric stability rather than effect of distance downwind. Factor that exert big influence in determining point of maximum concentration is wind speed. Meanwhile, influence of mixing height is a little or almost not.
Severe downslope windstorms observed at Gangneung, Korea in the springtime during the last 30 years are studied to understand their generation mechanisms. 92 severe wind cases are selected for which the maximum instantaneous wind speeds exceed two standard deviation of total mean plus ($18.7ms^{-1}$). They are categorized into the three mechanisms (hydraulic jump, partial reflection, and critical-level reflection) proposed in previous studies based on the flow condition, which is calculated using the wind and temperature profile observed at one upstream rawinsonde station, Osan. Among the three, partial reflection is found to be the most frequent mechanism for the last 30 years (1976 - 2005). To understand the role of inversion in generating severe downslope windstorms, horizontal velocity perturbation was calculated analytically for the atmosphere with an inversion layer. It turned out that the intensity of downslope wind was increased by inversion layer of specific heights, which are well matched with the observations. For better understanding the generation mechanisms, two-dimensional numerical simulations are conducted for the 92 severe wind cases using the ARPS model. In most simulations, surface wind speed exceeds the value of the severe-wind criterion, and each simulated case can be explained by its own generation mechanism. However, in most simulations, the simulated surface wind speed is larger than the observed, due to ignoring the flow-splitting effect in the two-dimensional framework.
The most important factors relating to the indoor air environment are temperature, airflow, humidity, and contaminant concentration. A sensitivity analysis of indoor environment factors was carried out to grasp influences along with changes of atmospheric conditions. An integrated multizone model was used to predict these sensitivities. This model was applied to an apartment with six zones. Airflow rates are influenced very seriously by changes of wind direct or wind velocity, but are influenced very slightly by changes of outdoor air temperature and are not influenced at all by changes of outdoor air humidity or contaminant concentration. Indoor air temperatures are influenced very directly by changes of outdoor air temperature, but are influenced very slightly by wind direction or wind velocity and are not influenced at all by changes of outdoor air humidity or contaminant concentration. Indoor air humidities are influenced very directly by changes of outdoor air humidity, but are not influenced at all by changes of outdoor air contaminant concentration and have little or no influence by changes of wind direction, wind velocity, or outdoor air temperature. Indoor air contaminant concentrations are influenced very seriously by changes of wind direct or wind velocity, but are influenced somewhat by changes of outdoor air contaminant concentration and are influenced very slightly by changes of outdoor air temperature and are not influenced at all by changes of outdoor air humidity.
Vibrations of a wind turbine blade have a negative impact on its performance and result in failure of the blade, therefore an approach to effectively control vibration in turbine blades are sought by wind industry. The small domestic horizontal axis wind turbine blades induce flap wise (out-of-plane) vibration, due to varying wind speeds. These flap wise vibrations are transferred to the structure, which even causes catastrophic failure of the system. Shape memory alloys which possess physical property of variable stiffness across different phases are embedded into the composite blades for active vibration control. Previously Shape memory alloys have been used as actuators to change their angles and orientations in fighter jet blades but not used for active vibration control for wind turbine blades. In this work a GFRP blade embedded with Shape Memory Alloy (SMA) and tested for its vibrational and material damping characteristics, under martensitic and austenite conditions. The embedment portrays 47% reduction in displacement of blade, with respect to the conventional blade. An analytical model for the actuated smart blade is also proposed, which validates the harmonic response of the smart blade.
Jo, Youngsoon;Lim, Sujeong;Kwon, In-Hyuk;Han, Hyun-Jun
Atmosphere
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v.28
no.3
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pp.263-272
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2018
The high-resolution ocean surface wind vector produced by scatterometer was assimilated within the Local Ensemble Transform Kalman Filter (LETKF) in Korea Institute of Atmospheric Prediction Systems (KIAPS). The Advanced Scatterometer (ASCAT) on Metop-A/B wind data was processed in the KIAPS Package for Observation Processing (KPOP), and a module capable of processing surface wind observation was implemented in the LETKF system. The LETKF data assimilation cycle for evaluating the performance improvement due to ASCAT observation was carried out for approximately 20 days from June through July 2017 when Typhoon Nepartak was present. As a result, we have found that the performance of ASCAT wind vector has a clear and beneficial effect on the data assimilation cycle. It has reduced analysis errors of wind, temperature, and humidity, as well as analysis errors of lower troposphere wind. Furthermore, by the assimilation of the ASCAT wind observation, the initial condition of the model described the typhoon structure more accurately and improved the typhoon track prediction skill. Therefore, we can expect the analysis field of LETKF will be improved if the Scatterometer wind observation is added.
Multivariate fluctuating pressures acting on a 2:1 rectangular section (2-D) with dimensions of 9 cm by 4.5 cm has been studied using wind tunnel experiments under uniform and smooth flow condition for various angles of wind incidence. Based on the variation of mean pressure coefficient distributions along the circumference of the rectangular section with angle of wind incidence, and with the aid of skin friction coefficients, three distinct flow regimes with two transition regimes have been identified. Further, variations of mean drag and lift coefficients, Strouhal number with angles of wind incidence have been studied. The applicability of Universal Strouhal number based on vortex street similarity of wakes in bluff bodies to the 2:1 rectangular section has been studied for different angles of wind incidence. The spatio-temporal correlation features of the measured pressure data have been studied using Proper Orthogonal Decomposition (POD) technique. The contribution of individual POD modes to the aerodynamic force components, viz, drag and lift, have been studied. It has been demonstrated that individual POD modes can be associated to different physical phenomena, which contribute to the overall aerodynamic forces.
Takakuwa, Y.;Ohta, M.;Nishimura, M.;Minamihara, H.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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1994.06a
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pp.806-811
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1994
Two kinds of static and dynamic state estimation methods are newly discussed for the problem of the measurement disturbance of environmental low-frequency noise in the presence of wind-induced noise. First, the probability characteristics of wind-induced noise are discussed in the form of probability distribution conditioned by wind speed, based on the simultaneous observation of the wind-induced noise and wind speed near a microphone. Next, especially form the viewpoint of simplicity for practical use, two kinds of static and dynamic state estimation methods are discussed. The static estimation method using the information on wind speed is fundamentally supported by the conservation principle of energy sum. The dynamic one is the method by using a recursive digital filter with the parameters successively renewed by the information on wind speed. This can be also simplified by using well-know Kalman filter under the assumption of the Gaussian distribution. The effectiveness of proposed two estimation methods are shown through experiments under a breezy condition in the open filed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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