Offshore wind energy is gaining more attention. Ensuring proper design of offshore wind turbines and wind farms require knowledge of the external conditions in which the turbines and associated facilities are to operate. In this work, a three-bladed 5MW upwind wind turbine, which is supported by the monopile foundation, is studied by use of fully coupled aero-hydro-servo-elastic commercial simulation tool, 'GH-Bladed'$^{(R)}$. Specification of the structures are chosen from the OC3 (Offshore Code Comparison Collaboration) under "IEA Wind Annex XXIII-subtask2". The primary external conditions due to wind and waves are simulated. Design Load case 5.2 is investigated in this work. The steady state power curve and power production loads are evaluated. Comparison between different codes is made.
To get the better efficiency in Korean type wind characteristics, a new wind turbine blade was developed with some structural, vibrational, and aero-elastic analysis for the design of the full-scale blade. A series of full domestic technology from design to manufacturing was created and used in the middle of the development of nelv wind blade. And it was equipped and measured at the wind test side in the Jeju island. After test, it is verified that the blade has the regular capacity of 10kW at the air velocity of 10m/s. And it shows better capacity in the low air-velocity compared to the imported blade. therefore it can be made by only domestic technology, and used for the domestic wind distribution with the better power generation.
Nam, Yoon-su;Jo, Jang-whan;Lim, Chang-Hee;Park, Sung-su;Bottasso, Carlo L.
Journal of Wind Energy
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v.2
no.1
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pp.74-81
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2011
This paper deals with the application of LQ control to the power curve tracking control of wind turbine. However, two more additional tasks are required to apply the LQR theory to wind turbine control. One is the tracking problem instead of regulation, because the wind turbine is controlled as variable speed and variable pitch. The other is LQ integral control., because the rotor speed should be tightly controlled without any steady state error. Starting from the analysis of wind characteristics, design requirement of a wind turbine control system is defined. A design procedure of LQ tracking with integral control is introduced. The performance of LQ tracking system is analyzed and evaluated by numeric simulation.
As concrete wind-turbine towers are increasingly being used in wind-farm construction, there is a growing need to understand the behavior of concrete wind-turbine towers. In particular, experimental evaluations of concrete wind-turbine towers are necessary to demonstrate the dynamic characteristics and load-carrying capacity of such towers. This paper describes a model test of a prestressed concrete wind-turbine tower that examines the dynamic characteristics and load-carrying performance of the tower. Additionally, a numerical model is presented and used to verify the design approach. The test results indicate that the first natural frequency of the prestressed concrete wind turbine tower is 0.395 Hz which lies between frequencies 1P and 3P (0.25-0.51 Hz). The damper ratio is 3.3%. The maximum concrete compression stresses are less than the concrete design compression strength, the maximum tensile stresses are less than zero and the prestressed strand stresses are less than the design strength under both the serviceability and ultimate limit state loads. The maximum displacement of the tower top are 331 mm and 648 mm for the serviceability limit state and ultimate limit state, respectively, which is less than L/100 = 1000 mm. Compared with traditional tall wind-turbine steel towers, the prestressed concrete tower has better material damping properties, potential lower maintenance cost, and lower construction costs. Thus, the prestressed concrete wind-turbine tower could be an innovative engineering solution for multi-megawatt wind turbine towers, in particular those that are taller than 100 m.
Kim, Rack-Woo;Kim, Dong-Woo;Ryu, Ki-Cheol;Kwon, Kyeong-Seok;Lee, In-Bok
Journal of Bio-Environment Control
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v.23
no.4
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pp.269-280
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2014
To cope with increasing of vegetables and flowers consumptions, horticulture facilities have been modernized. Korea government recently announced construction plan of new greenhouse complex at reclaimed land. However wind characteristics of reclaimed land is totally different from those of inland, wind pressure on greenhouse built in reclaimed land should be carefully evaluated to secure structural safety on the greenhouse. In this study, as a first step, wind pressure coefficient and local wind pressure coefficient on even-span greenhouse were measured using wind tunnel test. ESDU was adopted to realize wind characteristics of reclaimed land such as wind and turbulence profiles. From the wind tunnel test, when wind direction was 0 degree, it was concluded that KBC2009 standard underestimated scale of wind pressure coefficients at roof area of greenhouse whereas NEN-EN2002 standard underestimated those at every surface of greenhouse. When wind direction was 90 degree, both standards did not well reflect the characteristics of wind pressure distribution. From the analysis of local wind pressure coefficients according to wind direction conditions, design of covering, glazing bar of greenhouse where large effects of the local wind pressure were estimated should be well established. Wind pressure coefficients and local wind pressure coefficients according to parts of the greenhouse were finally suggested and these results could be practically used for suggesting new design standards of greenhouse.
Excessive wind-induced motion in tall buildings can cause discomfort, affect health, and disrupt the daily activities of the occupants of a building. Dynamic vibration absorbers such as the tuned mass dampers (TMDs) can be used to reduce the wind-induced motion below a specified tolerable serviceability limit state (SLS) criterion. This study investigates whether the same probability of not exceeding specified wind-induced motion levels can be achieved by torsionally sensitive structures without/with linear/nonlinear TMDs subjected to partially correlated wind forces, if they are designed to just meet the same SLS criterion. For the analyses, different structures and the uncertainty in the response, wind load and perception of motion is considered. Numerical results indicate that for structures that are designed or retrofitted without or with optimum linear TMDs and satisfying the same SLS criterion, their probability of exceeding the considered criterion is very consistent, if the inherent correlation between the wind forces is considered in design. However, this consistency deteriorates if nonlinear TMDs are employed. Furthermore, if the correlation is ignored in the design, in many cases a slightly unconservative design, as compared to the designed by considering correlation, is achieved.
The structure supporting road sign is a road information facility for ensuring the safe transportation and smooth traffic. But, lots of road information facilities were damaged by the typhoon "Maemi" in 2003. Such damaged facilities should be rehabilitated and could increase economic loss by causing traffic accident. Therefore, in this study, behavior that reduce wind load and improve wind resistance of the structure supporting road sign are studied about wind load beyond design specification by abnormal climate as below. The first is wind load reducing technique such that shear key resist wind load that is not greater than design wind speed but in case that it is over the design wind limit, column member is rotated on the inner steel pipe axis by the brittle failure of shear key. The second is the technique such that fail-safe the overturning of road sign panel by equipment installation in the vertical member. The third is the technique of installing stiffening plate inside the vertical member to relieve stress concentration.
Alinejad, Hamidreza;Jeong, Seung Yong;Kang, Thomas H.K.
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.575-591
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2020
Wind load is typically considered as one of the governing design loads acting on a structure. Understanding its nature is essential in evaluation of its action on the structure. Many codes and standards are founded on state of the art knowledge and include step by step procedures to calculate wind loads for various types of structures. One of the most accepted means for calculating wind load is using Gust Load Factor or base bending Moment Gust Load Factor (MGLF), where codes are adjusted based on local data available. Although local data may differ, the general procedure is the same. In this paper, ASCE 7-16 (2017), which is used as the main reference in the U.S., and Korean Building Code (KBC 2016) are compared in evaluation of wind loads. The primary purpose of this paper is to provide insight on each code from a structural engineering perspective. Herein, discussion focuses on where the two codes are compatible and differ. In evaluating the action of wind loads on a building, knowledge of the dynamic properties of the structure is critical. For this study, the design of four figurative high-rise buildings with dual systems was analyzed.
This paper presents statistical analysis results of wind speed and atmospheric turbulence data measured from more than 30 anemometers installed at 15 different height levels on 325 m high Beijing Meteorological Tower and is primarily intended to provide useful information on boundary layer wind characteristics for wind-resistant design of tall buildings and high-rise structures. Profiles of mean wind speed are presented based on the field measurements and are compared with empirical models' predictions. Relevant parameters of atmospheric boundary layer at urban terrain are determined from the measured wind speed profiles. Furthermore, wind velocity data in longitudinal, lateral and vertical directions, which were recorded from an ultrasonic anemometer during windstorms, are analyzed and discussed. Atmospheric turbulence information such as turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and power spectral densities of the three-dimensional fluctuating wind velocity are presented and used to evaluate the adequacy of existing theoretical and empirical models. The objective of this study is to investigate the profiles of mean wind speed and atmospheric turbulence characteristics over a typical urban area.
An effective method to calculate aerodynamic loads and aeroelastic responses of large wind turbine tower-blade coupled structures in yaw condition is proposed. By a case study on a 5 MW large wind turbine, the finite element model of the wind turbine tower-blade coupled structure is established to obtain the modal information. The harmonic superposition method and modified blade-element momentum theory are used to calculate aerodynamic loads in yaw condition, in which the wind shear, tower shadow, tower-blade modal and aerodynamic interactions, and rotational effects are fully taken into account. The mode superposition method is used to calculate kinetic equation of wind turbine tower-blade coupled structure in time domain. The induced velocity and dynamic loads are updated through iterative loop, and the aeroelastic responses of large wind turbine tower-blade coupled system are then obtained. For completeness, the yaw effect and aeroelastic effect on aerodynamic loads and wind-induced responses are discussed in detail based on the calculating results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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