2.5MW급 블레이드 설계 및 전산해석에 관한 연구|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

국내에서는 한정적인 자원으로 장기적인 관점에 고갈되어 가기 때문에 대체자원에 대한 관심이 높아지고 있다. 신재생에너지 중에서 풍력에너지에 대한 연구 및 제도가 시행되고 있다. 10kw급과 같은 소형에서부터 20MW급의 대형 해상풍력발전기까지 지속적으로 개발되고 있다. 풍력발전기 블레이드의 설계를 위해 BEM 이론을 통한 공력설계, 수직축 및 수평축 블레이드 설계, 실제 풍력시험을 통한 공력성능 검증, GH-Bladed를 통한 시스템적 해석 등을 연구해왔다. 본 논문에서는 NREL 5MW급 풍력발전기 시스템에 적용된 에어포일 시리즈를 선정하여 2.5MW급 수평축 풍력발전기 설계를 진행하였다. 블레이드의 기본적인 설계를 위해 Blade Element Momentum(깃 요소) 이론을 적용하였으며, 블레이드 길이와 정격 회전속도를 통해 각 코드길이와 비틀림 각을 설정하였다. 이 때 에이포일은 DU시리즈와 NACA64-618을 적용하여 두께분포에 따라 구성하였다. 이를 3D 프로그램인 CATIA로 블레이드 한쪽 날개를 설계한 뒤 ANSYS Fluent를 통해 전산유체해석을 진행하였다. 전체 유동장은 점성 비압축성 Navier-stokes를 적용하고, 난류모델은 정상상태로 Spalart-allmaras을 적용하였다. 유동해석의 시간을 줄이기 위해 서로 다른 좌표계들을 이용하여 블레이드 회전을 고려하는 Multiple Reference Frame(MRF)을 통해 진행하였다. 해당 해석기법을 통해 한 개의 블레이드 값으로 블레이드 전체의 값을 도출하였다. 그 결과, 정격회전속도인 12.17rpm에서 약 2.6MW급 출력을 나타내었다. 이를 통해서 각 요소들을 통해 정격출력에 도달함을 확인하였다.

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국내에서는 한정적인 자원으로 장기적인 관점에 고갈되어 가기 때문에 대체자원에 대한 관심이 높아지고 있다. 신재생에너지 중에서 풍력에너지에 대한 연구 및 제도가 시행되고 있다. 10kw...

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