조류력 터빈 블레이드의 거동 및 성능 예측을 위한 유체-구조 연계 해석 = Fluid-Structure Interaction Analysis of a Tidal Current Turbine for Predicting Blade Behavior and Performance

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 550kw 수평축 조류력 터빈을 대상으로 유체-구조 연계 해석을 통한 성능 및 구조 변형 해석을 수행하였다. 이를 위하여 유한요소 해석 프로그램 ABAQUS 와 유체력 해석을 위한 Blade Element Momentum (BEM) 모델의 연계 시스템을 구축하였다. 해석 결과, 유속이 빨라질수록 블레이드에 발생하는 유체력은 증가하며, 유체력으로 인하여 블레이드에 구조 변형이 일어남을 확인하였다. 이러한 이유로 블레이드를 강체로 가정한 BEM 모델 해석 결과와 달리 유체-구조 연계 해석은 목표 성능에 도달하지 못하는 것을 알 수 있다. 따라서, 유체-구조 연계 해석을 통해 조류력 터빈 설계 시 구조물 변형 효과를 고려하게 된다면, 상대적으로 더 정확한 성능을 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 블레이드 처짐으로 인한 지지대의 충돌을 사전에 방지할 수 있는 자료로 활용 가능하다고 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a fluid-structure interaction analysis for predicting performance and structural deformation was performed for 550kW-scaled horizontal axis tidal turbine. The numerical results showed that the hydrodynamic forces increased with an increase of flow speed. Also, it was found that structural deformation on the blade occurred due to hydrodynamic forces. Due to the blade deformations, the power predictions obtained using the fluid-structure interaction analysis cannot achieve to objective values of the power. Therefore, the numerical simulations considering the blade deformations should be conducted to estimate more accurate power predictions. In addition, these simulations may prevent collisions with support structure due to excessive flapwise deflection of blades.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• ABSTRACT
• 1. 서론
• 2. Blade Element Momentum Method
• 3. 유체ㆍ구조 연계 지배방정식 구성
• 4. 유체ㆍ구조 연계 해석 및 검토
• 5. 결론
• 참고문헌