This study aimed to analyze the wind-induced mechanical energy (WME) of a proposed super high-rise and long-span transmission tower-line system (SHLTTS), which, in 2021, is the tallest tower-line system with the longest span. Anew index - the WME, accounting for the wind-induced vibration behavior of the whole system rather than the local part, was first proposed. The occurrence of the maximum WME for a transmission tower, with or without conductors, under synoptic winds, was analyzed, and the corresponding formulae were derived based on stochastic vibration theory. Some calculation data, such as the drag coefficient, dynamic parameters, windshielding areas, mass, calculation point coordinates, mode shape and influence function, derived from wind tunnel testing on reducedscale models and finite element software were used in calculating the maximum WME of the transmission tower under three cases. Then, the influence of conductors, wind speed, gradient wind height and wind yaw angle on WME components and the energy transfer relationship between substructures (transmission tower and conductor) were analyzed. The study showed that the presence of conductors increases the WME of transmission towers and changes the proportion of the mean component (MC), background component (BC) and resonant component (RC) for WME; The RC of WME is more susceptible to the wind speed change. Affected by the gradient wind height, the WME components decrease. With the RC decreasing the fastest and the MC decreasing the slowest; The WME reaches the its maximum value at the wind yaw angle of 30°. Due to the influence of three factors, namely: the long span of the conductors, the gradient wind height and the complex geometrical profile, it is important that the tower-line coupling effect, the potential for fatigue damage and the most unfavorable wind yaw angle should be given particular attention in the wind-resistant design of SHLTTSs
Aeroelastic phenomena of a wind turbine include stall-induced vibrations and classical flutters. The classical flutter occurs due to coalescence between bending mode and torsion mode. It is typically the aeroelastic instability of an aircraft wing. Different from the classical flutter, the stall-induced vibration is the instability in lead-lag mode due to negative aerodynamic dampings. In the present study, the three degree of freedom aeroelastic model of a wind turbine blade is introduced to characterize and analyze its aeroelastic phenomena. The numerical results show that the aeroelastic stability of flap-lag motion is more unstable than that of flap-pitch motion and the aeroelastic characteristics of lead-lag motion can become unstable as wind speed increases.
In this paper, the mechanical characteristics of the open type hyperbolic-parabolic membrane structure under wind load were investigated. First, the numerical simulation of a typical plane membrane structure was performed based on the Large-Eddy Simulation method. The accuracy of the simulation method was validated by the corresponding wind tunnel test results. Then, the wind load shape coefficients of open type hyperbolic-parabolic membrane structures are obtained from the series of numerical calculations and compared with the recommended values in the "Technical Specification for Membrane Structures (CECS 158: 2015). Finally, the influences of the wind directions and wind speeds on the mean wind pressure distribution of open type hyperbolic-parabolic membrane structures were investigated. This study aims to gain a better understanding of the wind-induced response for this type of structure and be useful to engineers and researchers.
In order to saving the energy for HVAC system of buildings, utilization of wind-induced cross ventilation is thought to be promising. However, utilization of natural ventilation alone is not sufficient for maintaining the human thermal-comfort such as in hot and humid regions. A hybrid air conditioning system with a controlled natural ventilation system, or combination of natural ventilation with mechanical air conditioning is thought to overcome the deficiency of wind-driven cross ventilation and to have significant effects on energy reduction. This paper describes a concept of hybrid system and propose a new type of hybrid system using radiational cooling with wind-induced cross ventilation. Moreover, a radiational cooling system is compared with an all-air cooling system. The characteristics of the indoor environment will be examined through CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation, which is coupled with a radiation heat transfer simulation and with HVAC control in which the PMV value for the human model in the center of the room is controlled to attain the target value.
'Ionic wind' is phenomenon induced by corona discharge which occurs when large electric potential is applied to electrodes with high curvature. The ionic wind has advantage that it could generate forced convective flow without any external energy like separate pump. In this study, 'pin-mesh' arrangement is utilized for experiments. First, optimization of configuration is conducted with local momentum of ionic wind behind the mesh. Empirical equation for prediction about velocity profile was derived using the measured results. Secondly, the enhancement of mass transfer rate of acetone with ionic wind was analyzed. Also, the drying efficiency using a fan which has same flow rate was compared with ionic wind for identification of additional chemical reaction. At last, the drying process of organic solvent was visualized with image processing. As a result, it was shown that the use of ionic wind could dry organic matter four times faster than the natural condition.
Vortex-induced vibration (VIV) is a significant concern when designing slender structures with square cross sections. VIV strongly depends on structural dynamics and flow states, which depend on the conditions of the approaching flow and shape of a structure. Therefore, the effects of the angle of attack on the coupling effects of VIV for a square cylinder are expected to be significant in practice. In this study, the aerodynamic forces for a fixed and elastically mounted square cylinder were measured using wind pressure tests. Aerodynamic forces on the stationary cylinder are firstly discussed by comparisons of variation of statistical aerodynamic force and wind pressure coefficient with wind angle of attack. The coupling effect between the aerodynamic forces and the motion of the oscillating square cylinder by VIV is subsequently investigated in detail at typical wind angels of attack with occurrence of three typical flow regimes, i.e., leading-edge separation, separation bubble (reattachment), and attached flow. The coupling effect are illustrated by discussing the onset of VIV, characteristics of aerodynamic forces during VIV, and interaction between motion and aerodynamic forces. The results demonstrate that flow states can be classified based on final separation points or the occurrence of reattachment. These states significantly influence coupling effects of the oscillating cylinder. Vibration enhances vortex shedding, which creates strong fluctuations in aerodynamic forces. However, differences in the lock-in range, aerodynamic force, and interaction process for angles of attack smaller and larger than the critical angle of attack revealed noteworthy characteristics in the VIV of a square cylinder.
In this paper, we analyzed the electrical characteristics with Micro-cracks in Photovoltaic module. Micro cracks are increasing the breakage risk over the whole value chine from the wafer to the finished module, because the wafer or cell is exposed to mechanical stress. And The solar cells have to with stand the stress under out door operation in the finished module. Here the mechanical stress is induced by temperature changes and mechanical loads from wind and snow. So, we experimentally analyze the direct impact of micro-cracks on the module power and the consequences after artificial aging. The first step, we made micro-cracks in PV module by mechanical load test according to IEC 61215. Next, PV modules applied the thermal cycling test, because micro-cracks accelerated aging by thermal cycling test, according to IEC61215. Before every test, we checked output and EL image of PV module. As the result of first step, we detected little power loss(0.9%). But after thermal cycling test increased power loss about 3.2%.
To mitigate vibrations, tuned mass dampers(TMD) are widely used for long span bridges or high-rise buildings. Due to some durability concerns, such as fluid degradation, oil leakage, etc., the alternative solutions, such as the non-contacted eddy current damping (ECD), are proposed for mechanical devices in small scales. In the present study, a new eddy current damping TMD (ECD-TMD) is proposed and developed for large scale civil infrastructure applications. Starting from parametric study on finite element analysis of the ECD-TMD, the new design is enhanced via using the permanent magnets to eliminate the power need and a combination of a copper plate and a steel plate to improve the energy dissipation efficiency. Additional special design includes installation of two permanent magnets at the same side above the copper plate to easily adjust the gap as well as the damping. In a case study, the proposed ECD-TMD is demonstrated in the application of a steel arch bridge to mitigate the wind-induced vibrations of the flexible hangers. After a brief introduction of the configuration and the installation process for the damper, the mitigation effects are measured for the ambient vibration and forced vibration scenarios. The results show that the damping ratios increase to 3% for the weak axis after the installation of the ECD-TMDs and the maximum vibration amplitudes can be reduced by 60%.
Efforts to reduce carbon dioxide(CO2) emissions are being carried out due to climate environmental problems. Eco-friendly ships are also being developed, and various energy saving measures have been developed and applied. In ships, researches have been conducted in various fields such as electric propulsion system and energy saving devices. In addition, the development of ships using various renewable energy, such as kite using wind power and wind power generation, has been carried out. This paper proposes a plan to use renewable energy for ships by applying wave generators to small ships. In 2016, 130 small domestic ships drifted by sea due to discharge of starting storage batteries, and discharge cases accounted for the largest portion of the causes of domestic ship accidents. This is due to the excessive use of storage batteries for starting the main engine by departing in a weak storage battery state for small ships. Accordingly, two type wave power generators - opened flow wave power generator and enclosed vibrator type wave power generator - are developed for charging a starting storage battery when the ships are stationary at sea or port. Opened flow wave power generator utilizes the flow of fluid in the ship by using wave induced ship motion. Enclosed vibrator type wave power generator utilizes the pendulum kinetic energy located in a ship due to wave induced ship motion.
Oscillating motions of flexible cylinders are associated to some extent with the aerodynamic response of plants. Tandem motions of reeds with flexible stems in a colony are experimentally investigated using an array of flexible cylinders made of polydimethylsiloxane (PDMS). Consecutive images of flexible cylinders subjected to oncoming wind are recorded with a high-speed camera. To quantify oscillating motions, the average bending angle and displacement of flexible cylinders are evaluated using point-tracking method and spectral analysis. The tandem motions of flexible cylinders are closely related to the flow characteristics around the cylinders. Thus, the dynamic motions of a tandem arrangement of flexible cylinders are investigated with varying numbers of cylinders arranged in-line, numbers of cylinders in a group (behaving like a single body), and Reynolds numbers (Re). When the number of cylinders in a group increases, the damping effect caused by the support of downstream cylinders is pronounced. These results would be provide useful information on the tandem-arranged design of complex structures and energy harvesting devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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