This paper proposes a novel airfoil named "KA2" for the blade of the wind turbine systems. Dynamic loads characteristics are analyzed and compared using aerodynamic data of ten airfoils including the proposed airfoil. The blade is divided into the sixteen elements in the longitudinal direction of the blade for applying the Blade Element Method Theory (BEMT) method, and in each element, torque, thrust, and pitching moment are calculated using turbulent time varying wind speed and aerodynamic data of each wing. Additionally, each force and torque is accumulated in the whole region of the blade for the estimation of representative values. The magnitude of such forces is comparatively analyzed for different airfoils. The angle of attack is constant below the rated wind speed due to the fact that the tip speed ratio is kept at the constant value, and it increases in the region of over rated wind speed as the tip speed ratio decreasing with constant rated rpm and increasing wind speed. Such increase in the angle of attack causes the changes of the force acting on the airfoil with different characteristics of lift and drag in the stall region of each different airfoil. Even though the mean wind speed is in the rated speed in a given time, because of the turbulence, it has either the over rated or under rated speed most of the time. Furthermore, the dynamic properties of each force are analyzed in this rated wind speed in order to objectively understand the dynamic properties of the blades which are designed based on the different airfoils. These dynamic properties are also compared by the standard deviation of time varying characteristics. Moreover, the output characteristics of the wind turbine are investigated with different airfoils and wind speeds. Based on these investigations, it was revealed that the proposed airfoil (KA2) is well applicable to the blade with passive pitch control system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.7
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pp.549-557
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2008
Despite of the laminar-turbulent transition region co-exist with fully turbulence region around the leading edge of an airfoil, still lots of researchers apply to fully turbulence models to predict aerodynamic characteristics. It is well known that fully turbulent model such as standard k-model couldn't predict the complex stall and the separation behavior on an airfoil accurately, it usually leads to over prediction of the aerodynamic characteristics such as lift and drag forces. So, we apply correlation based transition model to predict aerodynamic performance of the NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase IV wind turbine. And also, compare the computed results from transition model with experimental measurement and fully turbulence results. Results are presented for a range of wind speed, for a NREL Phase IV wind turbine rotor. Low speed shaft torque, power, root bending moment, aerodynamic coefficients of 2D airfoil and several flow field figures results included in this study. As a result, the low speed shaft torque predicted by transitional turbulence model is very good agree with the experimental measurement in whole operating conditions but fully turbulent model(${\kappa}-\;{\varepsilon}$) over predict the shaft torque after 7m/s. Root bending moment is also good agreement between the prediction and experiments for most of the operating conditions, especially with the transition model.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.5
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pp.405-412
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2012
A flow control on airfoil installed a vortex cell for high efficiency wind turbine blade in stationary and dynamic stall conditions have been numerically investigated by solving the compressible Navier-Stokes equations. The numerical scheme is based on a node-based finite-volume method with Roe's flux-difference splitting and an implicit time-integration method coupled with dual time step sub-iteration. The computed result for the airfoil in the stationary showed that lift-drag ratio increases due to low pressure by the vortex cell. The oscillating airfoil with the vortex cell showed that the magnitude of hysteresis loop is reduced due to the enhanced vortex in the cell.
Alanis, Arturo;Franco, Jesus Alejandro;Piedra, Saul;Jauregui, Juan Carlos
Wind and Structures
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v.32
no.1
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pp.47-53
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2021
This paper proposes a novel diffuser design for Diffuser Augmented Wind Turbines (DAWT) based on the blunt trailing edge airfoil AF300. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are carried out to measure the performance of the AF300 diffuser against diffusers made with the shape of other high performance low wind speed airfoils. The results show that the proposed diffuser produces a greater air mass flow increase through the plane of the turbine than the other diffusers and it can be used to increase the performance of a horizontal axis wind turbine.
In this study, we have focused on commonly used 14 different small wind turbine airfoils (A18, BW3, Clark Y, E387, FX77, NACA 2414, RG 15, S822, S823, S6062, S7012, SD6060, SD7032, SD7062). The main purpose of the study is to determine the lift, drag and lift/drag coefficients of these airfoils with numerical analysis and to verify 2 best airfoil's results with experimental analysis. Airfoils were determined from past studies on small wind turbines. Numerical analyzes of the airfoils were done with Ansys Fluent fluid dynamics program. Experimental analyzes were done at wind tunnel in Erciyes University, Turkey. Lift and drag coefficients of these airfoils were determined for 50,000-100,000-200,000 Reynolds numbers.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.6
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pp.485-491
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2012
The wall interference effects around the wind-turbine airfoil are experimentally investigated at low Reynolds numbers in a closed test-section wind tunnel. The test is performed at free-stream velocities from 10 to 31 m/s, which correspond to Reynolds numbers ranging from $1.5{\times}10^5$ to $4.6{\times}10^5$ based on chord of the airfoil. The blockage-area ratios, which is the ratio of the chord to the test-section width, are 27.8%, 38.5%, 41.7%, 45.5%, and 55.6%. The test results for the airfoil show that the transition point on the airfoil surface tends to move backward due to wall interference. The wall pressures for an adequate interference correction by a measured-boundary-condition method are desirable more than three times region of the chord before and after around the reference center.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.6
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pp.693-701
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2012
In this study, a small wind turbine airfoil specialized for national wind condition was designed in order to develop the furling control type HAWT. And then a flow analysis was carried out based on the blade drawing which was designed to characterize of the developed airfoil. The result of the flow analysis showed that the torque on the 3 blades was 180.23N.m. This is equivalent to an output power of 5.66kw and an output efficiency of 0.44. Then we produced and constructed a 3kW - furling control type HAWT by getting the system unit design technology such as the specialized furling control device. By operating this turbine, we could get 3kW of the rated power at a wind speed of 10.5m/s through the ability test. Cut-in wind speed was 2m/s, generator efficiency was 92% at the rated power output. Sound power level was 87.2dB(A). Also we observed that the output power was limited to 10.5m/s with furling system operation.
Wind turbine noise become main environmental problem as wind energy have been installed all around. Noise from large wind turbine give annoyance to listener, moreover it increase loading to whole system by restricting blade tip speed. However accurate noise mechanism of wind turbine is not yet examined. This paper reviewed noise source and analysis theory. Broadband noise if main component of wind turbine noise and airfoil self noise is main noise source. These make acoustic analogy hard to apply for analysis. For this reason, experimental equation is method for wind turbine noise prediction up to now. Spectrum analysis shows that vortex shedding noise exists around $1k{\sim}2k$ Hz. This region is most sensitive frequency range to human. Thus it is necessary to reduce this noise source.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.5
no.4
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pp.13-20
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2006
The inherent problem of a Darrieus wind turbine is its inability to self-start. Usually, a motor is used to provide angular acceleration until lift forces are produced in the airfoil blades or up until the turbine can already sustain its speed on its own. This paper describes a method of improving the self-starting of an H-type Darrieus vertical axis wind turbine (VAWT) by incorporating a helical Savonius turbine thus utilizing a drag-lift combination. The effect of each turbine in the combination relative to each other is investigated by testing a prototype windmill consisting of three NACA 0015 airfoil blades combined with a Savonius rotor with a helix angle of 180 degrees and whose swept area equals 30% of the entire turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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