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[국내논문] 회전과 유동박리효과를 고려한 3차원 풍력발전 터빈 블레이드의 공탄성 응답 해석
Aeroelastic Response Analysis of 3D Wind Turbine Blade Considering Rotating and Flow Separation Effects 원문보기

한국소음진동공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집, 2009 Apr. 23, 2009년, pp.68 - 75  

김동현 (경상대학교 기계항공공학부) ,  김요한 (국립경상대학교 기계항공공학부) ,  김동만 (국립경상대학교 기계항공공학부) ,  김유성 (국립경상대학교 기계항공공학부) ,  황미현 (국립경상대학교 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, aeroelastic response analyses have been conducted for a 3D wind turbine blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responsed of wi...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 유동해석을 위한 CFD 격자체계와 구조진동 해석을 위한 FEM 격자 체계가 상이하기 때문에 상호 정보교환을 위한 보간 체계가 요구된다. 본 논문에서는, coupled time-marching 기법을 사용하여 회전 블레이드 시스템의 비선형 공탄성 응답의 특징을 효과적으로 확인하였다. 유체구조 연계에 사용된 time marching 과정은 2차 staggered algorithm으로 수행되었다.
  • 본 논문은 지식경제부의 지원으로 수행한 에너지자원인력 양성사업과 5MW급 대형 해상풍력발전 시스템 개발 과제의 일환으로 수행된 연구결과이다.
  • 본 연구에서는 유동 박리 효과를 고려한 회전하는 3차원 풍력 터빈 블레이드에 대해 비선형 공탄성 응답 해석을 성공적으로 수행하였다. 전산 유체 역학 (CFD)와 전산 다물체 역학 (CMBD)의 연계에 기반을 둔 전산 해석 시스템을 구축 및 수행 하였으며, 수치 시뮬레이션에 적용되었다.

가설 설정

  • 3차원 4노드 shell요소를 사용하였고, 활용된 총 노드의 수는 914개이다. 실제 구조물의 물성치와 구조설계가 제시되지 않아 구조물의 재질을 일반 알루미늄으로 가정하고 shell의 두께는 4 mm로 가정하였다. 블레이드에 72 rpm의 회전속도를 가하고, 루트 부분에 Clamped 조건을 부여하여 해석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유동 박리 효과를 고려한 회전하는 3차원 풍력 터빈 블레이드에 대한 비선형 공탄성 응답 해석을 수행한 결과, 수평축 풍력 터빈블레이드의 공탄성 안정성은 어떻게 되었는가? 3차원 풍력 터빈 블레이드 모델의 공탄성 특성을 확인하기 위해, 세밀한 공탄성 응답을 시간영역에서 나타내었다. 수평축 풍력 터빈 블레이드의 공탄성 안정성이 flapwise 굽힘과 edgewise 굽힘이 결합된 모드에 대해 밀접하게 반응하고, edgewise 굽힘 모드의 불안정성에 민감하게 영향을 받음은 주목할 만한 결과이다. 그리고 일반적인 유체 구조 해석 문제에 대해서, 본 연구에 사용된 연계 해석 모듈 FSIPRO3D 의 뛰어난 적용 가능성을 확인하였다.
최근 풍력터빈 시스템 개발의 경향을 보면 터빈의 크기가 점점 대형화되는데, 그 이유는? 최근의 풍력터빈 시스템 개발의 경향을 살펴보면 터빈의 크기가 점점 대형화됨을 확인 할 수 있다. 그 이유는, 로터 지름 반경이 곧바로 발생되는 출력과 연관되기 때문이다. 게다가, 최근 풍력a 터빈은 높은 풍속에 의해 고 에너지 잠재 율을 가지는 바다에 주로 설치되고 있다.
블레이드의 플러터 진동현상은 무엇을 이용하여 가상 구현 할 수 있는가? CFD 해석을 위한 비정상 공력 하중을 이용하여 블레이드의 플러터 진동현상을 가상 구현 할 수 있다. 본 연구에서 는, 충분한 블레이드 공력 하중의 수치데이터를 얻기 위하 여, Reynold-averaged Navier-Stokes (RANS)방정식을 적용하여 공력해석을 수행하였다.
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