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자료유형
학술저널
저자정보
Xiao Sun (Michigan Technological University) Junliang Tao (The University of Akron) Jiale Li (Case Western Reserve University) Qingli Dai (Michigan Technological University) Xiong Yu (Case Western Reserve University)
저널정보
국제구조공학회 Smart Structures and Systems, An International Journal Smart Structures and Systems, An International Journal Vol.20 No.3
발행연도
2017.1
수록면
311 - 328 (18page)

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The characteristics of boundary layers have significant effects on the aerodynamic forces and vibration of the wind turbine blade. The incorporation of active trailing edge flaps (ATEF) into wind turbine blades has been proven as an effective control approach for alleviation of load and vibration. This paper is aimed at investigating the effects of external trailing edge flaps on the flow pattern and velocity distribution within a boundary layer of a NREL 5MW reference wind turbine, as well as designing a new type of velocity sensors for future validation measurements. An aeroelastic-aerodynamic simulation with FAST-AeroDyn code was conducted on the entire wind turbine structure and the modifications were made on turbine blade sections with ATEF. The results of aeroelastic-aerodynamic simulations were combined with the results of two-dimensional computational fluid dynamic simulations. From these, the velocity profile of the boundary layer as well as the thickness variation with time under the influence of a simplified load case was calculated for four different blade-flap combinations (without flap, with -5°, 0°, and +5° flap). In conjunction with the computational modeling of the characteristics of boundary layers, a bio-inspired hair flow sensor was designed for sensing the boundary flow field surrounding the turbine blades, which ultimately aims to provide real time data to design the control scheme of the flap structure. The sensor element design and performance were analyzed using both theoretical model and finite element method. A prototype sensor element with desired bio-mimicry responses was fabricated and validated, which will be further refined for integration with the turbine blade structures.

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Abbott, I. H. / 1959 / Theory of wing sections, including a summary of airfoil data / Dover Publications, Inc google schola ANSYS® Academic Research / 2014 / ANSYS FLUENT Theory Guide (Release 14.5) / ANSYS, Inc google schola Barlas, A. / 2009 / Aeroelastic modelling and comparison of advanced active flap control concepts for load reduction on the upwind 5MW wind turbine / Proceedings of the 2009 European Wind Energy conference & Exhibition google schola Barlas, T. / 2010 / Review of state of the art in smart rotor control research for wind turbines / Prog. Aerosp. Sci. 46(1):1~27 google schola Basualdo, S. / 2005 / Load alleviation on wind turbine blades using variable airfoil geometry / Wind Eng. 29:169~182 google schola

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