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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 오세혁
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 연구에서는 딤플이 있는 수직축 풍력터빈 블레이드에 대한 수치 시뮬레이션을
수행하여 딤플이 수직축 풍력터빈의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 인공신경망과
유전알고리즘을 이용하여 터빈의 성능을 향상시키는 방법에 대해 연구하였다. 3 개의
NACA0021 블레이드를 가지는 H-Dearrieus 수직축 풍력 터빈에 대한 수치
해석을 OpenFOAM 을 이용하여 수행하였다. 딤플은 블레이드의 아래쪽에 위치하며,
딤플을 생성할 때 디자인 변수로 위치, 크기, 깊이를 선정하여 디자인 스페이스를
구성하였다. 이후 다양한 딤플 디자인 변수를 가지는 터빈에 대한 유동 및 자료를
해석하여 딤플 디자인 변수의 영향에 관해 분석하였다. 이때 가장 큰 영향을 미치는
딤플 디자인 변수는 딤플의 위치로, 딤플이 블레이드의 뒷전에 가까울수록 성능이
향상되나, 딤플이 블레이드의 앞전에 가까울수록 성능이 감소하였다. 이때 딤플의
위치가 블레이드 뒷전에 가까울수록 딤플의 크기와 깊이의 영향이 감소하는 경향을
보였다. 딤플이 블레이드 뒷전에 가까울수록 블레이드 표면에서 박리가 지연되어
블레이드가 받는 토크가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 최적화된 터빈은 약 6.48%
향상된 동력계수를 얻을 수 있었으며, 추가적으로 블레이드에서 발생하는 와류의
영향이 감소하여 블레이드 간에 일어나는 공력 손실을 최소화되었다. 또한 최적화된
터빈의 후류 강도가 딤플이 없는 터빈의 후류 강도보다 감소하였고 더 빨리
소산되는 것을 확인할 수 있었다.
수행하여 딤플이 수직축 풍력터빈의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 인공신경망과
유전알고리즘을 이용하여 터빈의 성능을 향상시키는 방법에 대해 연구하였다. 3 개의
NACA0021 블레이드를 가지는 H-Dearrieus 수직축 풍력 터빈에 대한 수치
해석을 OpenFOAM 을 이용하여 수행하였다. 딤플은 블레이드의 아래쪽에 위치하며,
딤플을 생성할 때 디자인 변수로 위치, 크기, 깊이를 선정하여 디자인 스페이스를
구성하였다. 이후 다양한 딤플 디자인 변수를 가지는 터빈에 대한 유동 및 자료를
해석하여 딤플 디자인 변수의 영향에 관해 분석하였다. 이때 가장 큰 영향을 미치는
딤플 디자인 변수는 딤플의 위치로, 딤플이 블레이드의 뒷전에 가까울수록 성능이
향상되나, 딤플이 블레이드의 앞전에 가까울수록 성능이 감소하였다. 이때 딤플의
위치가 블레이드 뒷전에 가까울수록 딤플의 크기와 깊이의 영향이 감소하는 경향을
보였다. 딤플이 블레이드 뒷전에 가까울수록 블레이드 표면에서 박리가 지연되어
블레이드가 받는 토크가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 최적화된 터빈은 약 6.48%
향상된 동력계수를 얻을 수 있었으며, 추가적으로 블레이드에서 발생하는 와류의
영향이 감소하여 블레이드 간에 일어나는 공력 손실을 최소화되었다. 또한 최적화된
터빈의 후류 강도가 딤플이 없는 터빈의 후류 강도보다 감소하였고 더 빨리
소산되는 것을 확인할 수 있었다.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구배경 11.2 연구동향 41.3 연구목적 5제 2 장 VAWT 시스템 분석 62.1 VAWT 의 공기역학적 특성 62.1.1 VAWT 블레이드의 상대속도 및 유효 받음각 72.1.2 주속비(Tip speed ratio) 102.1.3 토크계수 및 동력계수 12제 3 장 수치적 접근법 143.1 지배방정식 143.1.1 Navier-Stokes 방정식 143.1.2 난류 모델링 153.1.3 Spalart-Allmaras 난류 모델 183.2 VAWT 모델링 203.3 계산 격자 및 시뮬레이션 검증 23제 4 장 블레이드 딤플 효과 분석 284.1 딤플 디자인 변수 설정 284.2 딤플 디자인 변수 분석 304.2.1 딤플 위치 효과 분석 324.2.2 딤플 크기 효과 분석 44제 5 장 딤플 형상 최적화 485.1 최적화 과정 485.1.1 실험계획법 485.1.2 인공신경망 505.1.3 유전알고리즘 545.2 최적화 결과 분석 58제 6 장 결론 및 토의 666.1 요약 및 결론 666.2 토의 67참고문헌 68
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