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.
The wind turbine rotor blade is faced with various aeroelastic problem as rotor blades become bigger and lighter by the use the composite material. The aeroelastic analysis of a wind turbine rotor blade requires its aerodynamic model and structural model. For effective aeroelastic analysis, it is required the simple and effective structural model of the blade. In the present study, we introduce the effective equivalent structural modeling of the blade for aeroelastic analysis. The equivalent beam model of the composite blade based on its 3D finite element model is established. The free vibration analysis shows that the equivalent beam model of the blade is equivalent to its 3D finite element model.
This paper presents the structural model development and verification processes of wind turbine blade. The National Renewable Energy Laboratory (NREL) Phase VI wind turbine which the wind tunnel and structural test data has publicly available is used for the study. The wind turbine assembled by blades, rotor, nacelle and tower. The wind blade connected to rotor. To make the whole turbine structural model, the mass and stiffness properties of all parts should be clear and given. However the wind blade, hub, nacelle, rotor and power generating machinery parts have difficulties to define the material properties because of the composite and assembling nature of that. Nowadays to increase the power generating coefficient and cost efficiency, the highly accurate aerodynamic loading evaluating technique should be developed. The Fluid-Structure Interaction (FSI) is the emerging new way to evaluate the aerodynamic force on the rotating wind blade. To perform the FSI analysis, the fluid and structural model which are sharing the associated interface topology have to be provided. In this paper, the structural model of blade development and verifying processes have been explained for Part1. In following Part2 paper, the processes of whole turbine system will be discussing.
Blade efficiency decreases when the rotor speed is kept constant even though the wind speed is higher than the rated value. Therefore, a speed controller is used to regulate the rotor speed in the high-wind-speed region. In stall-blade wind turbine, the role of the speed controller is important because precise aerodynamic regulation is unavailable. In this study, an effective parameter design method of a PI speed controller is proposed to limit the speed overshoot of a type 4 wind turbine with stall blades even though wind gust occurs. The proposed method considers the efficiency characteristics of the stall blade and the mechanical inertia of the wind turbine rotor. It determines the bandwidth of the speed controller to comply with the speed limit during generator speed overshoot for the worst case of wind gust. The proposed method is verified through intensive simulations with a MATLAB/SIMULINK model and experimental results obtained using a 3 kW MG set of wind turbine simulator.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제10권1호
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pp.54-62
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2017
The Savonius wind turbine has a lower performance than other types of wind turbines which may attract more study focus on this turbine. This study aimed to improve wind turbine performance by combining a conventional blade with an elliptical blade into a combined blade rotor. The analysis was performed on three blade models in computational fluid dynamics (CFD) using ANSYS_Fluent Release 14.5. Then the results were verified experimentally using an open wind tunnel system. The results of the numerical simulation were similar to the experimental and showed that the combined blade rotor has better dragging flow and overlap flow than the conventional and elliptical blade. Experimental verification showed that the combined blade was to increase the maximum coefficient of power ($Cp_{max.}$) by 11% of the conventional blade and to 5.5% of the elliptical blade.
To generate electricity from wind energy, wind turbine generally has a rotor blade. Since this rotor blade is a kind of the rotating machinery, the wake from the rotor is very Important role in the side of the aerodynamic performances. Thus the study about wake is essential to analyze wind turbine aerodynamics. In this study wake characteristics are analyzed by hot-wire probe in the K.A.F.A(Korea Air Force Academy) wind tunnel. It is possible to analyze the wake characteristics by hot-wire probe from acquiring the velocity fluctuations at given positions in the flow. This velocity data are arranged by trigger signal at same azimuth of the blade in periodic manner of the rotor blade. From this various wake characteristics are found : radial and axial position of the tip vortex, vortex core characteristics in the flow etc.
This study describes aerodynamic characteristics for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) rotor blade using general CFD(Computational Fluid Dynamics) code. The boundary conditions for analysis are validated with the experimental result by the NREL (National Renewable Energy Laboratory)/NASA Ames wind tunnel test for S809 airfoil. In the case of wind turbine rotor blade, complex phenomena are appeared such as flow separation and re-attachment. Those are handled by using a commercial flow analysis tool. The 2-equation k-$\omega$ SST turbulence model and transition model appear to be well suited for the prediction. The 3-dimensional phenomena in the HAWT rotor blade is simulated by a commercial 3-D aerodynamic analysis tool. Tip vortex geometry and Radial direction flows along the blade are checked by the analysis.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제37권2호
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pp.170-177
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2013
본 연구는 200 W급 자이로밀형 소형 수직축 풍력터빈 로터 블레이드의 형상설계 및 유동해석에 의한 성능 검토에 관한 내용을 정리한 것이다. 2차원 형상의 로터 블레이드에 대하여 단일유관이론을 적용하여 설계하였으며, 설계 결과에 대해서 2차원 수치유동해석을 수행하여 해석결과의 검토로부터 3차원 로터 블레이드 기본 형상을 결정하고, 3차원 수치유동해석을 통하여 풍력터빈 로터 블레이드의 형상 결정 및 성능 검토를 하였다. 본 연구의 결과로부터 상대적 저풍속에서 200 W급 자이로밀형 수직축 풍력터빈 로터 블레이드의 형상을 도출하였고, 수치유동해석으로부터 정격출력 200 W를 확보할 수 있음을 확인하여, 본 연구에서 적용한 설계법의 타당성을 확보하였다.
Multi-MW wind turbines have very large blades over 40~50 m in length. Some factors like wind shear and tower shadow make an effect on asymmetric loads on the blades. Larger asymmetric loads are produced as the length of blade is getting longer. In this paper, a 2 MW on-shore wind turbine is considered and variations of thrust on 3 blades and rotor hub under wind shear are calculated by using a commercial Bladed S/W and dynamic properties of the thrust variations are investigated. It is shown that the amplitude of the asymmetric thrust on each blade under wind shear is getting larger as the wind speed increases, the frequency of the thrust variation on each blade is same as the one of rotor speed, and the frequency of the thrust variation at rotor hub is 3 times as high as the one of rotor speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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