This paper presents a 1:25 multi-freedom aero-elastic model for a high lighting pole at the Zhoushan stadium. To validate the similarity characteristics of the model, a free vibration test was performed before the formal test. Beat phenomenon was found and eliminated by synthesis of vibration in the X and Y directions, and the damping ratio of the model was identified by the free decay method. The dynamic characteristics of the model were examined and compared with the real structure; the similarity results were favorable. From the test results, the major along-wind dynamic response was the first vibration component. The along-wind wind vibration coefficient was calculated by the China code and Eurocode. When the peak factor equaled 3.5, the coefficient calculated by the China code was close to the experimental result while Eurocode had a slight overestimation of the coefficient. The wind vibration coefficient during typhoon flow was analyzed, and a magnification factor was suggested in typhoon-prone areas. By analyzing the power spectrum of the dynamic cross-wind base shear force, it was found that a second-order vortex-excited resonance existed. The cross-wind response in the test was smaller than Eurocode estimation. The aerodynamic damping ratio was calculated by random decrement technique and the results showed that aerodynamic damping ratios were mostly positive at the design wind speed, which means that the wind-induced galloping phenomenon is predicted not to occur at design wind speeds.
Container cranes are vulnerable structure about difficult weather conditions bemuse there is no shielding facility to protect them from the strong wind. This study was carried out to analyze the wind load which have an effect on container crane according to the various wind direction. The container crane is a model of a 61-ton class that used broadly in the current ports. The external fluid field was figured as a cylinder which was set up $500m{\times}200m$. In this study, we applied mean wind load conformed to 'Design Criteria of Wind Load' in 'Load Criteria of Building Structures' and an external fluid field was divided as interval of 10 degrees to analyze effect according to a wind direction In this conditions, we carried out the computation fluid dynamic analysis using the CFX-10. As we compared computation fluid dynamic analysis with wind tunnel test, we analyzed the wind load which was needed to design the container crane.
The new and renewable energy today has a great interest in all countries around the world. In special it has need more limit of the fossil fuel that needs of low carbon emission among the social necessary conditions. Recently, the high-rise building demand the structural safety, the economic feasibility and the functional design. The high-rise building spends enormous energy and it satisfied the design in solving energy requirements. The requirements of energy for the building depends on the partly form wind energy due to the cladding of the building that came from the surroundings of the high-rise building. In this study of the wind energy, the cladding of the building was assessed a tentative study. The wind energy obtains from several small wind powers that came from the building or the surrounding of the building. In making a cladding the wind energy forms with wind pressure by means of energy transformation methods. The assessment for the building cladding was surrounded of wind speed and wind pressure that was carried out as a result of numerical simulation of wind environment and wind pressure which is coefficient around the high-rise building with the computational fluid dynamics. In case of the obtained wind energy from the pressure of the building cladding was estimated by the simulation of CFD of the building. The wind energy at this case was calculated by energy transform methods: the wind pressure coefficients were obtained from the simulated model for wind environment using CFD as follow. The concept for the factor of $E_f$ was suggested in this study. $$C_p=\frac{P_{surface}}{0.5{\rho}V^{2ref}}$$$$E_c=C_p{\cdot}E_f$$ Where $C_p$ is wind pressure coefficient from CFD, $E_f$ means energy transformation parameter from the principle of the conservation of energy and $E_c$ means energy from the building cladding. The other wind energy that is $E_p$ was assessed by wind power on the building or building surroundings. In this case the small wind power system was carried out for wind energy on the place with the building and it was simulated by computational fluid dynamics. Therefore the total wind energy in the building was calculated as the follows. $$E=E_c+E_p$$ The energy transformation, which is $E_f$ will need more research and estimation for various wind situation of the building. It is necessary for the assessment to make a comparative study about the wind tunnel test or full scale test.
In order to examine how accurately the wind farm design software, WindPRO and Meteodyn WT, predict annual energy production (AEP), an investigation was carried out for Seongsan wind farm of Jeju Island. The one-year wind data was measured from wind sensors on met masts of Susan and Sumang which are 2.3 km, and 18 km away from Seongsan wind farm, respectively. MERRA (Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications) reanalysis data was also analyzed for the same period of time. The real AEP data came from SCADA system of Seongsan wind farm, which was compare with AEP data predicted by WindPRO and Meteodyn WT. As a result, AEP predicted by Meteodyn WT was lower than that by WindPRO. The analysis of using wind data from met masts led to the conclusion that AEP prediction by CFD software, Meteodyn WT, is not always more accurate than that by linear program software, WindPRO. However, when MERRA reanalysis data was used, Meteodyn WT predicted AEP more accurately than WindPRO.
Tall buildings under wind action usually oscillate simultaneously in the along-wind and across-wind directions as well as in torsional modes. While several procedures have been developed for predicting wind-induced loads and responses in along-wind direction, accurate analytical methods for estimating across-wind and torsional response have not been possible yet. Simplified empirical formulas for estimation of the across-wind dynamic responses of rectangular tall buildings are presented in this paper. Unlike established empirical formulas in codifications, the formulas proposed in this paper are developed based on simultaneous pressure measurements from a series of tall building models with various side and aspect ratios in a boundary layer wind tunnel. Comparisons of the across-wind responses determined by the proposed formulas and the results obtained from the wind tunnel tests as well as those estimated by two well-known wind loading codes are made to examine the applicability and accuracy of the proposed simplified formulas. It is shown through the comparisons that the proposed simplified formulas can be served as an alternative and useful tool for the design and analysis of wind effects on rectangular tall buildings.
This study aimed to investigate differences in turbulence intensity and turbine loads among onshore wind farms located in various types of terrain. To achieve this, simulations were conducted for two onshore wind farms with identical wind turbines and capacity but situated on complex and flat terrains. The simulations used meteorological data gathered over a 10-year period from automatic weather stations nearest to the wind farms. WindSim and WindPRO software tools were employed for wind field and load analysis, respectively. The simulation results revealed that wind farm A, situated on complex terrain, exhibited significantly higher effective turbulence intensity than wind farm B on flat terrain, as expected. Consequently, the load indices of several wind turbines exceeded 100 % in wind farm A, indicating that the turbines could not reach their design lifespan. From the simulation study, aimed at reducing both the effective turbulence intensity and turbine loads, it became evident that while increasing turbine spacing could decrease effective turbulence intensity to some extent, it couldn't completely resolve the issue due to the inherently high ambient turbulence intensity on complex terrain. The problem with wind turbine loads could only be completely resolved by using wind turbines with a turbine class of A+, corresponding to a reference turbulence intensity of 0.18.
So, Ki-Sung;Choi, Chan-Woong;Lee, Dong-Chul;Kang, Ki-Weon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.11
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pp.1331-1337
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2013
This study deals with the structural optimization of hybrid vertical-axis wind turbine blades using a response surface method (RSM). The structural analysis results suggest that the stress of hybrid vertical-axis wind turbine blades exceeds the yield strength. Optimization techniques are then applied to structural design to ensure a safe structure. First, the design factors that strongly influence the structural response are identified. The RSM was applied based on the design of experiments. The objective function and constraint terms set the weight and allowable stress, respectively. Furthermore, sensitivity analysis was conducted to indicate the effects of the design factors on the stress and weight. Finally, structural design was performed for the hybrid vertical-axis wind turbine blade.
This study is to develop a 1kW-class horizontal axis wind turbine(HAWT) rotor blade which will be applicable to relatively low wind speed regions in southwest islands in Korea. Shape design of 1kW-class small wind turbine rotor blade is carried out using a blade profile with relatively high lift to drag ratio by blade element momentum theory(BEMT). Aerodynamic analysis on the newly designed rotor blade is performed with the variation of tip speed ratio. Power coefficient and pressure coefficient of the designed rotor blade are investigated according to tip speed ratio.
This research has been performed to provide fundamental design aspects of Permanent Magnet Synchronous Generators(PMSGs) for a kilowatt class wind turbine. When it comes to kilowatt class wind turbines, the typical type of generators are Axial Flux Permanent Magnet(AFPM) generators. However, Radial Flux Permanent Magnet(RFPM) generators have been optimally designed to study the output characteristics of a kilowatt class wind turbine in Graduate School of Wind Energy, POSTECH. An existing squirrel-cage rotor has been modified for another newly designed permanent magnet rotor to utilize the commercially existing stator rotor. Electromagnetic analysis utilizing Finite Element Methods tools(ANSYS, MAXWELL 2D) has been applied to analyze the system.
The spanwise aerodynamic loads of the wind turbine blade are investigated numerically. The blade shape such as twist and chord length along the blade span is obtained from the procedure of aerodynamically optimal design. The rated tip speed ratio and the rated wind velocity are set to 7 and 12m/s respectively. The BEM method is applied to obtain both the aerodynamic performance of the wind turbine (Fig.1) and the spanwise aerodynamic loads along the blade span including Prandtl's tip loss factor. The maximum running power coefficient is occurred around 90% radial position from hub (Fig.2). The distributed aerodynamic loads along the blade span can be used for structure analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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