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쉬라우드가 장착된 풍력터빈 로터의 유입 유량 변동 특성 연구
A Study on Inflow Rate Variation for Shrouded Wind Turbine Rotors 원문보기

EDISON SW 활용 경진대회 논문집. 제4회(2015년), 2015 Mar. 19, 2015년, pp.563 - 568  

함휘찬 (전북대학교 항공우주공학과) ,  김호현 (전북대학교 항공우주공학과) ,  이채연 (전북대학교 항공우주공학과)

초록
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풍력터변의 성능을 높이기 위한 방법으로 최근 해외에서는 쉬라우드를 장착하여 유입 유량을 증진시키는 형상에 대한 새로운 아이디어가 제안되고 시범적으로 적용되고 있다. 본 연구에서는 쉬라우드가 장착된 수평축 풍력터빈에 대해서 EDISON CFD를 이용하여 쉬라우드 내부로 유입되는 질량 유량의 변동을 몇 가지 형상에 대해 수치적으로 비교 분석하였다. 유동장은 비압축성 난류유동으로 가정하였으며, 수치 해석 결과로부터 쉬라우드 주변의 순환의 세기를 형상 변동에 따라 도출하였다. 쉬라우드 형상으로는 캠버를 갖는 goe 417 에어포일을 두 개의 받음각(5도, 10도)에 대해서 수치해석을 수행하였으며, 브림을 갖는 디퓨저 형상(Wind-lens)에 대해서도 유입 유량 변동과 순환 세기에 대해 수치해석을 수행하고 결과를 상호 비교하였다. 본 연구를 통해 쉬라우드가 발생시키는 순환에 의한 유입 유량 증가 현상을 파악할 수 있었으며, 이로써 풍력터빈의 출력을 증대시킬 수 있음을 확인하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 디퓨저 형상은 평판 에어포일 단면을 가지는 에어포일 쉬라우드라고 할 수 있고 이를 바탕으로 두 형상 내부의 질량 유량 증가 원인이 유사할 것이라 예측할 수 있다. 따라서 각 형상의 질량 유량 증가 원인이 무엇인지 확인하고 이를 서류 비교해보았다.
  • 본 연구에서는 Shrouded rotor와 WInd-lens의 두 가지 풍력터빈 형식에 대해서 주변 유동장을 EDISON CFD 프로그램을 이용하여 해석하고 각 경우에 대한 질량 유량의 증가 원인을 파악하고자 한다. 특히 Wind-lens 형식에 대해서는 구체적으로 질량 유량의 증가량을 브림이 없는 경우(Diffuser)와 있는 경우(Wind-lens)로 구별하여 비교하고자 한다.
  • 본 연구의 목적은 EDISON CFD 프로그램을 이용하여 에어포일 쉬라우드 형상 주변에서 순환이 발생하여 질량 유량이 증가하는지와 Wind-lens 후단에서 발생하는 압력 강하가 질량 유량을 증가시키는지를 확인하는 것이다. 따라서 기존에 진행된 연구를 통해 알려진 형상을 사용하였다.

가설 설정

  • 유동장은 2차원 비압축성 점성 난류 유동으로 가정하였고 해석자는 EDISON CFD 포털에서 제공하는 “정렬격자 기반 2차원 비압축성 유동 범용 해석 SW (2D_Incomp_P)”를 사용하였다.
  • 특히 Wind-lens 형식에 대해서는 구체적으로 질량 유량의 증가량을 브림이 없는 경우(Diffuser)와 있는 경우(Wind-lens)로 구별하여 비교하고자 한다. 유동장은 EDISON CFD 포털에서 아직 비압축성 축대칭 유동해석을 지원하지 않아 2차원 비압축성 점성 난류 유동장으로 가정하였다.
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