격자를 이용한 와류진동 평가용 낮은 난류강도의 바람 생성

한성욱,김권택,김호경 한국풍공학회 2013 한국풍공학회지 Vol.17 No.3

Wind turbulences can be generated in a wind tunnel by two different ways, i.e., a passive method using a grid and an active method using a turbulence generator. The grid-generated turbulences have been conveniently utilized in many cases by simulating various levels of turbulence intensities. The dominant factors affecting the generated turbulence intensities shall be the size of grid elements, gap distance between elements and the distance from the grid to the testing point. The effect of these three factors was estimated for a single grid element at the beginning. It is confirmed that the turbulence intensity increased as the size of grid element increased. The turbulence intensity also increased as the gap distance between grid elements as well as the distance between the grid and the testing point decreased. The homogeneity of the turbulence intensity was also confirmed for the cross-section of the wind tunnel up to 350mm width from the center of the 1m-wide wind tunnel. The 2.5% level of turbulence intensity was successfully realized with the grid for the purpose of the evaluation of vortex-induced vibration of bridge decks. The observations during the development of such a low-level turbulence intensity are discussed. 풍동 내 난류를 생성하기 위해서는 난류격자를 사용한 수동적 방법이나 난류발생장치를 활용한 능동적 방법을 활용한다. 그 중 격자에 의한 방법은 상대적으로 손쉽게 다양한 크기의 난류강도를 구현할 수 있다. 격자에 의해 생성된 난류의 강도는 격자요소의 크기, 격자요소의 간격, 격자로부터 측정점까지의 거리에 좌우된다. 단일 격자요소에 의해 발생된 난류에 대하여 세 가지 요소의 효과를 먼저 분석하였다. 격자의 크기가 커질수록, 격자요소 간의 간격이 가까워질수록, 그리고 격자로부터 측정점의 거리가 가까울수록 난류강도가 상승하는 경향을 확인하였다. 1m의 폭을 갖는 풍동에서 측정점 기준 좌우 350mm 내의 범위에 대해 측정된 난류는 적정 수준의 균질성도 확보하고 있었다. 교량 거더의 연직 와류진동을 평가하기 위해 필요한 수준의 연직 난류강도를 2.5%로 보고 이와 같은 낮은 수준의 난류강도를 구현할 수 있는 격자를 제작하였으며, 그 과정에서 파악된 현상 등을 제시하였다.

난류강도에 따른 FAST 기반 풍력발전장치 연간발전량의 영향 연구

노찬(Roh Chan),안현정(Hyen-Jeong Ahn),하윤진(Yoon-Jin Ha),박세완(Se-Wan Park),김경환(Kyong-Hwan Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

본 연구에서는 풍황자원의 난류 강도에 따른 부유식 풍력발전장치의 연간발전량의 영향에 대해서 분석하였다. 풍력발전장치는 난류강도에 따라서 동일한 평균 풍속에서도 출력 특성이 변화할 수 있기 때문에 난류강도에 따른 출력특성 분석이 필요하다. 특히 부유식 풍력발전장치는 난류강도에 따라서 피치제어기의 성능이 변화하고 이에 따라 출력 특성이 변화하기 때문에 기존의 육상 풍력발전장치보다 난류강도는 출력특성에 더 큰 영향을 준다. 난류강도는 IEC turbulence characteristic에 따라서 A, B, C 세가지로 분류하였고, 이에 따른 발전성능의 차이에 대해서 분석을 진행하였다. 본 연구에서는 NREL의 FAST를 이용해서 부유식 풍력발전장치의 연간발전량을 분석하였고, 대상 모델은 NREL의 5MW급 터빈과 Semi-OC4 플랫폼을 적용하였다. In this study, the effect of annual power generation of a floating wind power generator according to the turbulence intensity of wind turbine resources was analyzed. Wind power generators need to analyze the output characteristics according to the turbulence intensity because the output characteristics can be changed even at the same average wind speed according to the turbulence intensity. In particular, since the performance of the pitch controller changes according to the turbulence intensity of the floating wind turbine and the output characteristics change accordingly, the turbulence intensity has a greater influence on the output characteristics than the conventional onshore wind turbine generator. Turbulence intensity was classified into A, B, and C according to IEC turbulence characteristics, and the difference in power generation performance was analyzed accordingly. In this study, the annual generation of floating wind turbines was analyzed using NREL's FAST, and the target model was NREL's 5MW class turbine and Semi-OC4 platform.

독립된 원뿔형 산지의 기류 특성

조강표,조기성 한국풍공학회 2008 한국풍공학회지 Vol.12 No.1

경사지 또는 산지와 같은 복잡한 지형은 기류를 복잡하게 만든다. 이런 복잡한 지형조건은 복잡한 지형에서의 풍속뿐만 아니라 바람의 난류에도 영향을 미친다. 이 논문에서는 원뿔 산지에서 바람의 특성을 연구하기 위해 난류 강도를 고려하였다. 풍동실험을 위해 tanθ가 0.1~0.5까지의 각기 다른 경사를 가진 이상화된 3차원 산악지형을 제작하였다. 풍동실험결과, 경사도가 증가함에 따라 풍상측의 하단부에서의 난류강도는 약간 증가한 반면에 풍하측의 하단부에서 난류강도가 크게 평가되었다. 또한 난류강도는 원뿔형 산지모형의 경사가 증가함에 따라 크게 평가됨을알수있다. Complex terrain like hill, mountain, and escarpment etc. makes complex air flow. This topographic condition will affect not only speed but also turbulence of wind over the complex terrain. In this paper, turbulence intensities are considered to investigate characteristics of wind over cone-type hills. There are five simple hill models with different slope 0.1~0.5(tanθ) for wind tunnel test. It was observed through wind tunnel tests that turbulence intensities of down-slope wind at the end of the 3-Dimensional hills remarkably increased, but ones of windward slope wind at the front side of the hills slightly increased. Also, turbulence intensities proportionally increased with slope of the cone-type hills.

난류 강도가 수평축 풍력발전기 후류 모델에 미치는 영향

이승호,정회갑,권순덕,Lee, Seung-Ho,Jeong, Houi-Gab,Kwon, Soon-Duck 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.4

본 논문에서는 난류 강도가 풍력발전기 후류에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 축소된 풍력발전기 모델을 이용하여 풍동실험을 수행하였다. 실험 결과 측정 위치에 따라 풍력발전기가 가지는 특성에 따라 후류의 형태가 달라지며, 난류 강도에 따른 영향이 반드시 고려되어야 하는 것으로 나타났다. 난류 강도만을 일부 고려한 격자 난류 조건에서 등류 조건보다 기존의 후류 모델과 보다 더 잘 일치하는 경향을 보이고 있으며, 측정된 난류 강도 값을 바탕으로 수정된 후류 모델을 제안하였다. 향후 다양한 난류 특성이 고려된 합리적인 모델이 필요하다고 판단된다. In this paper, wind tunnel tests of a scaled wind turbine have been performed to investigate the effects of turbulent intensity of oncoming flow on turbine wake field. The scaled turbine model was carefully designed to satisfy the similarity conditions. The wind velocities and turbulent intensities were measured using hotwire anemometer in order to compare with existing wake model. It was found from the tests that the existing wake models well fit with test results at turbulent flow rather than at uniform flow. Finally modified wake model has been proposed based on the measured data.

직사각형 형상의 표면조도 변화에 의한 난류변동분 해석

오대균,오우준,김도정,이경우,Oh, Dae-Kyun,Oh, Woo-Jun,Kim, Do-Jung,Lee, Gyoung-Woo 해양환경안전학회 2011 해양환경안전학회지 Vol.17 No.2

표면조도에 의해 발생하는 난류유동은 공학적, 물리적 분야에서 매우 중요하게 다루어지고 있다. 표면조도는 선박에서도 설계, 용접, 도장 등 각각의 단계에서 다양한 측면으로 고려되어야 할 중요한 요소이다. 본 연구는 표면조도 형상을 일반화하여 PIV기법을 적용하여 수조실험을 수행하였다. 표면조도 조건은 거칠기 형상의 간격에 대해 변화를 주었으며, 실험유속은 Re = $1.1{\times}10^4$, Re = $2.0{\times}10^4$, Re = $2.9{\times}10^4$ 에서 시간평균에 대한 난류강도를 알아보았다. 거칠기 계수 증가에 따라 표면 거칠기 형상 근처에서 발생한 난류성분에 의해 난류강도는 강하게 나타났으며, 자유흐름 영역으로 갈수록 유동 방향의 변동이 전혀 없는 흐름이 나타났다. 실험유속 조건 변화에 대한 난류강도의 편차는 크게 영향을 받지 않았다. In physical engineering, the turbulent flow on the surface roughness is very important. With the welding, design and paint, the hull surface roughness at each stage in the various aspects are important factors to be considered. In this study, the hull surface roughness geometry that was generalized to the PIV was applied to the tank test. The roughness of the surface changed the distance of the interval. Experimental velocity is Re = $1.1{\times}10^4$, Re = $2.0{\times}10^4$ and Re = $2.9{\times}10^4$. The turbulent intensity at the time-average were examined The roughness coefficient occurred with increasing turbulence intensities was stronger. The turbulence intensity away from the roughness in the shape was zero. The variation of turbulence intensity at the experimental flow conditions change was not affected.

연속부착된 수직평판을 갖는 부유구조물 후류의 자유유동 난류강도에 대한 실험적연구

김호(Kim Ho),오경근(Kyoung-Gun Oh),김옥석(Gim Ok-Sok),이경우(Gyoung-Woo Lee) 한국항해항만학회 2007 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2 No.추계

본 연구에서는 연속 부착된 수직평판을 갖는 부유구조물 근접 후류의 난류 구조에 미치는 자유유동 난류의 영향을 정량적으로 조사하였다. 부유소파제의 기본형으로 널리 쓰이는 폰툰형 부유구조물을 1/35로 축소하여 부체양쪽 끝단에 좌우로 움직임이 가능한 각각 한 개의 수직평판과 부체하면의 끝단에 고정된 두 개의 수직평판의 부착거리에 따라 부유구조물 후류에서 연속적으로 방출되는 와의 주기성과 근접후류에 대한 자유유동 난류강도의 영향을 분석하였다. 부유구조물의 후류에서 난류강도는 수직으로 부착된 커튼판의 영향으로 유동박리가 지속적으로 이루어져 주기적 와방출로 인해 난류강도가 생성됨을 알 수 있으며, 수직평판의 부착거리가 증가 함에 따라 부유구조물의 후류에서 생성되는 와류경계층의 두께가 감소되는 유동구조를 보여 준다. In this paper, the floating body with vertical plate is introduced with a study on the flow patterns and characteristics in around the floating body by using 2 frame particle tracking method. This paper introduce an analysis method to predict the characteristics of flow around the neighboring fields of Floating Body with vertical plate in order to investigate a high performance model. Flow visualization has conducted in circulating water channel by a high speed camera and etc. Flow phenomena according to turbulence intensity distribution and flow separation around the floating body with vertical plate were obtained by two-dimensional PIV system.

하이브리드 프랙탈 격자를 이용한 난류유동 특성 PART I : 비반응장 유동

김정현,이기만 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集B Vol.47 No.7

본 연구에서는 개선된 비반응장 난류유동 특성을 조사하기 위해 하이브리드타입의 프랙탈격자 난류생성판을 사용하였다. 하이브리드타입은 이전 연구에서 사용하였던 십자형상과 사각형상의 제작 방법을 이용하여 적용하였다. 난류생성판으로 사용된 하이브리드타입 프랙탈격자는 형상 파라미터를 변경하여 총 8개의 격자로 제작되어 난류특성이 조사되었고 기존에 사용하였던 십자형상과 사각형상의 비교도 함께 조사하였다. 조사 결과 중심축 난류성분 분석에서는 하이브리드타입의 격자에서 속도섭동 및 난류강도가 개선되는 것으로 확인되었고 반경방향 결과는 난류생성판의 격자가 노즐 이후 난류성분에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 난류성분의 비균질성은 사각형상보다 개선됨을 확인하였고 주요 파라미터에 따른 경향도 뚜렷하게 관찰되었다.

정속 피치제어형 풍력터빈의 풍속별 운전특성 및 난류에 따른 영향 분석

양인섭(Inseop Yang),양경부(Kyoungboo Yang),허수영(Sooyoung Her),허종철(Jongchul Huh) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.9

풍력터빈의 운전 특성을 이해하는 것은 풍력터빈을 안정적으로 운영할 수 있도록 도와주며, 풍력터빈 시스템을 향상시키기 위한 정보를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 운영 중인 660kW 용량의 정속형 풍력터빈을 대상으로 SCADA 시스템에서 수집된 운전 데이터를 이용하여 풍속별 출력, 로터 회전수, 블레이드 피치각 및 주요 부품의 온도 변화를 분석하였다. 또한, 난류에 따른 운전 특성을 파악하기 위하여 분석 데이터를 정상난류모델에 의한 풍속별 난류 강도로 구분하여 난류에 따른 운전 특성 변화를 논의하였다. 난류 강도에 따른 풍속별 에너지밀도 분석을 통해 고난류인 경우 저난류에 비해 좀 더 많은 에너지를 가지고 있어 출력이 상승하는 효과가 있으나 고풍속 구간에서는 출력 제어 과정에서 난류성분 중 낮은 풍속 영역에 대응하여 로터회전수가 낮아지고 출력이 감소하고 있음을 확인하였다. Understanding the operation characteristics of a wind turbine can help ensure its stable operation as well as provide information to improve the wind turbine system. In this study, the power output, rotor RPM, blade pitch angle, and major component temperature variations by the wind speed of a fixed-speed-type wind turbine were analyzed using the operation data collected from the SCADA system. In addition, the operation characteristics according to the turbulence were analyzed with the turbulence data divided into high turbulence and low turbulence. The analysis of energy density according to turbulence intensity shows that the power output increased because it has more energy in the case of high turbulence than in low turbulence. However, in the high wind speed section, high turbulence showed that the rotor RPM and power output decreased owing to the power control.

원주의 근접후류에 대한 자유흐름 난류강도의 영향

김경천,정양범 대한기계학회 1991 대한기계학회논문집 Vol.15 No.6

본 연구에서는 역류의 측정과 원주의 근접 후류의 난류 구조에 미치는 자유흐 름 난류의 영향을 정성적 및 정량적으로 조사하기 위하여, 역류가 존재할 경우나 순간 유입각이 매우 큰 경우에도 난류의 측정이 가능한 split film probe(이하 SFP로 줄여 표기함)를 사용하여 평균 유동장과 난류의 2차 및 3차 모멘트의 변화, 속도 변동 상관 의 변화 및 대규모 와류의 유출 주파수 특성 등을 측정 분석하여, 격자에 의해 형성된 서로 다른 자유흐름 난류특성에 따른 실험 결과들을 비교 검토 해보고자 한다. The effect of free stream turbulence on the flow characteristics behind a circular cylinder is investigated in the present experimental study. The various free stream turbulent intensities are generated by different combinations of cylinder locations and grid shapes. Split film sensor with constant temperature anemometer is used to measure the local instantaneous velocity components. Experimental results demonstrate the large scale coherent structures are rapidly distorted and the Strouhal number is decreased with increasing free stream turbulent intensity.

사행수로의 흐름구조 및 난류특성

서일원(Seo Il Won),이규환(Lee Kyu Whan),백경오(Baek Kyong Oh) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.5B

본 연구에서는 사행수로에서 주 흐름과 이차류의 특성을 정량적으로 분석하고자 중심각이 150° 이고 사행도 1.52인 S자형 사행수로에서 실험을 수행하였다. 평균수심과 유량을 달리하여 다양한 실험 조건 하에서 수행한 실험을 통해 다중 만곡부를 갖는 사행수로에서 이차류의 공간적 변화양상을 관찰하였다. 실험결과, 주 흐름은 실험조건에 관계없이 직선구간에서 좌우 대칭적인 유속분포를 보였고, 만곡부에서는 내안쪽에 최대유속이 발생하고 외안쪽에 최소유속이 발생하는 현상을 발견 할 수 있었다. 이렇게 주 흐름이 최단노선을 따라 발생하는 현상은 기존 연구자들의 결과와 일치하는 것이다. 이차류의 거동은 첫 번째 만곡부보다 두 번째 만곡부에서 더욱 활발하게 발달하고 외안 회전류가 뚜렷히 나타남을 발견하였다. 이차류의 강도는 직선구간에서는 낮게 나타나고 만곡부에서는 증가하는 주기적인 현상을 보였으며, 만곡부의 이차류 강도가 직선구간보다 2~3배 크게 나타났다. 또한, 두 번째 만곡부에서 이차류 강도의 최대값이 발생했다. 주 흐름방향의 난류 강도와 Reynolds 전단 응력을 분석한 결과, 주 흐름 난류 강도는 주 흐름의 유속편차가 클수록 증가하는 것으로 나타났고 Reynolds 전단응력은 주 흐름방향 유속의 편차가 크게 벌어지는 동시에 이차류가 활발히 생성되는 지점에서 크게 나타나는 경향을 보였다. 1n order to investigate characteristics of the primary flow and the secondary currents in meandering channels, the laboratory experiments were conducted in S-curved channels with angle of bend, 150°, and sinuosity of 1.52. The experimental conditions was decided varying average depth and velocity. Under these experimental conditions, spatial variations of the secondary currents in multiple bends were observed. The experimental results revealed that the distribution of primary flow in straight section is symmetric without respect to the experimental condition and the maximum velocity line of the primary flow occurs along the shortest path in experimental channel, supporting the result of previous works. The secondary currents in second bend became more developed than those in first bend. Particularly, the outer bank cell developed distinctively and the secondary current intensity was low at the straight section and high at the bends, periodically. Also, the secondary current intensity at the bends was as twice to three times as that at the straight section, and has its maximum value at the second bend. The turbulent flow characteristics of meandering channel was investigated with turbulent intensity of the primary flow and Reynolds shear stress. It was observed that the turbulent intensity is increasing when the velocity deviation of the primary flow is large whereas Reynolds shear stress increases when both the velocity deviation of the primary flow and the secondary current are large.