바람개비는 누구에게나 친숙한 장난감으로서 오랜 역사를 가지고 있다. 하지만 바람개비에 관한 자료는 매우 부족하다. 이러한 바람개비가 소형 풍력터빈용으로 적합한지를 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 먼저 바람개비를 정의하고 정형화 하였으며 전산해석을 수행하였고 바람개비 내 외부 유동장과 압력 분포를 검토하여 바람개비의 유동 특성과 성능을 파악하였다. 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 바람개비의 돌출부 내부 유동은 바닥 층과 상부 층으로 나누어진다. 상부 층의 압력은 낮고 바닥 층으로 가면서 압력이 증가한다. ...
바람개비는 누구에게나 친숙한 장난감으로서 오랜 역사를 가지고 있다. 하지만 바람개비에 관한 자료는 매우 부족하다. 이러한 바람개비가 소형 풍력터빈용으로 적합한지를 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 먼저 바람개비를 정의하고 정형화 하였으며 전산해석을 수행하였고 바람개비 내 외부 유동장과 압력 분포를 검토하여 바람개비의 유동 특성과 성능을 파악하였다. 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 바람개비의 돌출부 내부 유동은 바닥 층과 상부 층으로 나누어진다. 상부 층의 압력은 낮고 바닥 층으로 가면서 압력이 증가한다. 주속비가 클수록 상부층 및 바닥 층 압력이 낮아진다. 주속비가 클수록 돌출부 외면에 형성되는 고압대의 압력이 높고 회전 중심에서 먼 거리에 고압대가 형성된다. 돌출부 내 외면 압력차는 주속비가 클수록 커지며 그 결과 날개에 작용하는 힘은 회전을 방해하여 고속 회전 시 효율을 떨어뜨리는 요인이 된다. 바람개비로 유입된 기류는 바닥에 부딪혀 벽면제트 형태로 전환되면서 일부는 옆 날개 돌출부로 유입되고 일부는 날개의 개방면을 따라 분산된다. 바람개비의 돌출부 내부 상부 층에서는 블레이드 회전과 같은 방향으로 회전하는 와류가 형성 된다. 하부 층인 바닥 부근에서는 옆 날개로부터 유입된 유동이 주류를 이루며 개방부로 진행한다. 돌출부 입구를 통하여 유입되는 유동은 주속비가 커서 회전수가 클수록 상부에서부터 나타나기 시작한다. 주속비가 클수록 이 유입 유동은 블레이드 회전 방향으로 방향을 전환하는 경향이 강해진다. 주속비가 작으면 유입 유동은 보다 하부에서 나타난다. 주속비가 작을수록 이 유입 유동은 블레이드 회전 방향으로 방향을 전환하기보다는 개방부로 직진하는 경향이 강하다. 주속비가 커지면 돌출부 내부에 블레이드 회전과 같은 방향으로 회전하는 와류 외에 또 하나의 반대 방향 와류 유동이 함께 발달하여 복잡한 유동 형태를 나타낸다. 출력계수는 주속비 1.8에서 0.13으로 예측되었으며 일반적인 소형 프로펠러형 블레이드보다 효율면이 낮지만 형상에 대한 연구를 통해 성능을 개선하고 친숙한 미관성을 고려한다면 활용가능성이 있다고 본다.
바람개비는 누구에게나 친숙한 장난감으로서 오랜 역사를 가지고 있다. 하지만 바람개비에 관한 자료는 매우 부족하다. 이러한 바람개비가 소형 풍력터빈용으로 적합한지를 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 먼저 바람개비를 정의하고 정형화 하였으며 전산해석을 수행하였고 바람개비 내 외부 유동장과 압력 분포를 검토하여 바람개비의 유동 특성과 성능을 파악하였다. 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 바람개비의 돌출부 내부 유동은 바닥 층과 상부 층으로 나누어진다. 상부 층의 압력은 낮고 바닥 층으로 가면서 압력이 증가한다. 주속비가 클수록 상부층 및 바닥 층 압력이 낮아진다. 주속비가 클수록 돌출부 외면에 형성되는 고압대의 압력이 높고 회전 중심에서 먼 거리에 고압대가 형성된다. 돌출부 내 외면 압력차는 주속비가 클수록 커지며 그 결과 날개에 작용하는 힘은 회전을 방해하여 고속 회전 시 효율을 떨어뜨리는 요인이 된다. 바람개비로 유입된 기류는 바닥에 부딪혀 벽면제트 형태로 전환되면서 일부는 옆 날개 돌출부로 유입되고 일부는 날개의 개방면을 따라 분산된다. 바람개비의 돌출부 내부 상부 층에서는 블레이드 회전과 같은 방향으로 회전하는 와류가 형성 된다. 하부 층인 바닥 부근에서는 옆 날개로부터 유입된 유동이 주류를 이루며 개방부로 진행한다. 돌출부 입구를 통하여 유입되는 유동은 주속비가 커서 회전수가 클수록 상부에서부터 나타나기 시작한다. 주속비가 클수록 이 유입 유동은 블레이드 회전 방향으로 방향을 전환하는 경향이 강해진다. 주속비가 작으면 유입 유동은 보다 하부에서 나타난다. 주속비가 작을수록 이 유입 유동은 블레이드 회전 방향으로 방향을 전환하기보다는 개방부로 직진하는 경향이 강하다. 주속비가 커지면 돌출부 내부에 블레이드 회전과 같은 방향으로 회전하는 와류 외에 또 하나의 반대 방향 와류 유동이 함께 발달하여 복잡한 유동 형태를 나타낸다. 출력계수는 주속비 1.8에서 0.13으로 예측되었으며 일반적인 소형 프로펠러형 블레이드보다 효율면이 낮지만 형상에 대한 연구를 통해 성능을 개선하고 친숙한 미관성을 고려한다면 활용가능성이 있다고 본다.
The pinwheel is a toy which people are very familiar with. Considering it as a wind turbine blade, the calmness of operation and familiarity of shape can be advantages. But, studies on the pinwheel are seldom found, so that the investigation on the characteristics of flow field and performance of pi...
The pinwheel is a toy which people are very familiar with. Considering it as a wind turbine blade, the calmness of operation and familiarity of shape can be advantages. But, studies on the pinwheel are seldom found, so that the investigation on the characteristics of flow field and performance of pinwheel is needed. The motivation of this study is on the examination of the adaptability of pinwheel as wind turbine blade. In this study, the pinwheel was defined in order to standardize the shape and product process. Based on this definition, computational analysis was conducted. Standard k- model as a turbulent model and moving reference frame method were used in calculation. Fine grid was adapted to the region around pinwheel. Both hexa- and thetra-cells were used in calculation. It is found that the flow inside the projection of pinwheel is very complex. The upper part of the projection flow is a kind of eddy flow which rotates anti-clockwise. The lower part of projection flow flows through projection and heading to the blade tip. The wind which flows toward pinwheel impinges against blade surface, and it turns to the flow like wall-jet flow. So that, it moves according to the blade surface and some of it flows into projection of neighbouring blade. This flow forms lower part of projection flow. Inside the projection, the pressure of upper part is very low and the pressure outside the projection is high. As the TSR(tip speed ratio) increases, the difference of pressure between inside and outside of the projection goes great. The force resulting from the difference of pressures decreases the efficiency of blade. Inflow from neighbouring blade to the projection inside is found at higher level for great TSR, but inflow level of small TSR is low. The power coefficient of pinwheel is not great, so that the advantage of efficiency is not clear. But, considering the familiar shape and calmness of pinwheel, the possibility of using pinwheel as wind turbine blade is still remaining.
The pinwheel is a toy which people are very familiar with. Considering it as a wind turbine blade, the calmness of operation and familiarity of shape can be advantages. But, studies on the pinwheel are seldom found, so that the investigation on the characteristics of flow field and performance of pinwheel is needed. The motivation of this study is on the examination of the adaptability of pinwheel as wind turbine blade. In this study, the pinwheel was defined in order to standardize the shape and product process. Based on this definition, computational analysis was conducted. Standard k- model as a turbulent model and moving reference frame method were used in calculation. Fine grid was adapted to the region around pinwheel. Both hexa- and thetra-cells were used in calculation. It is found that the flow inside the projection of pinwheel is very complex. The upper part of the projection flow is a kind of eddy flow which rotates anti-clockwise. The lower part of projection flow flows through projection and heading to the blade tip. The wind which flows toward pinwheel impinges against blade surface, and it turns to the flow like wall-jet flow. So that, it moves according to the blade surface and some of it flows into projection of neighbouring blade. This flow forms lower part of projection flow. Inside the projection, the pressure of upper part is very low and the pressure outside the projection is high. As the TSR(tip speed ratio) increases, the difference of pressure between inside and outside of the projection goes great. The force resulting from the difference of pressures decreases the efficiency of blade. Inflow from neighbouring blade to the projection inside is found at higher level for great TSR, but inflow level of small TSR is low. The power coefficient of pinwheel is not great, so that the advantage of efficiency is not clear. But, considering the familiar shape and calmness of pinwheel, the possibility of using pinwheel as wind turbine blade is still remaining.
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