토로이드 블레이드를 이용한 소형 수평축 풍력발전기(HAWT) 성능 조사

초록 소형 수평축 풍력발전기(HAWT) 블레이드의 공기역학적 설계를 최적화하는 것은 연간 에너지 생산, 성능 및 효율성을 향상시키는 데 필수적입니다. 이 연구는 ANSYS FLUENT 솔버를 사용한 전산유체역학(CFD)을 활용하여 새로 설계된 다중 블레이드 HAWT의 공기역학적 거동을 조사하며, 특히 토로이드 블레이드를 도입합니다. 주요 목표는 2개 및 3개 블레이드 토로이드 로터의 공기역학을 이해하고, 전력 계수(Cp)를 증가시켜 HAWT 성능을 개선하며, 타원형 토로이드 블레이드 형태에 대한 최적 루핑 비율(C)을 식별하는 것입니다. 연구는 블레이드 요소 모멘텀(BEM) 이론과 NACA 4412 에어포일을 사용하여 토로이드 블레이드와 전통적인 터빈 블레이드를 상세히 비교합니다. 코드 길이와 비틀림과 같은 기하학적 특성은 블레이드에 따라 신중하게 계산됩니다. 3D 기하학적 영역이 생성되고 로터를 위해 적절하게 메싱됩니다. 분석은 7 m/s의 일정한 풍속과 다양한 팁 속도 비율(TSR)을 갖는 로터를 나타내는 모델에서 수행됩니다. 토로이드 블레이드에 대한 매개변수 연구는 형태 비율(C)에 중점을 두며, 최적 비율을 0.25로 결정합니다. 결과는 기본 및 토로이드 블레이드 모두에 대해 최적 TSR을 기준으로 계산된 3개 블레이드 토로이드 블레이드의 전력 계수(Cp)가 14% 증가한 것을 보여줍니다. 연구 결과는 토로이드 블레이드가 작은 HAWT의 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 시사하며, 특히 낮은 TSR에서 더욱 그렇습니다. 전반적으로 이 연구는 토로이드 블레이드가 소형 HAWT의 전력 계수를 개선할 수 있는 가능성을 강조합니다.