풍력터빈 날개의 끝판과 레이크 효과에 대한 점성유동장 해석

Abstract

최근 관심이 높아지고 있는 해상풍력 터빈의 성능평가를 위해 풍력터빈 날개에 대한 점성유동장 해석을 수행하였다. Fluent package를 사용하여 회전하는 비관성 좌표계에서 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식의 해를 구하였다. 난류 모형은 realizable k-ε 모델을 사용하였으며, 격자계는 구조 격자계와 비구조 격자계를 혼합하여 사용하였다. 먼저 실험값이 공개되어 있는 2차원 날개에 대한 유동해석을 통해 수치계산 결과를 검증하였다. 다음으로 NACA 4-series 단면을 가지는 세 개의 날개가 2 MW의 정격출력을 내도록 설계된 풍력터빈 날개를 대상으로 회전수와 피치각을 고정시킨 상태에서 입사류의 속도를 변화하여 주속비 별로 성능해석을 수행하였다. 그리고 풍력터빈의 성능향상을 위해 날개의 끝에 세 가지 형태의 날개 끝판을 붙여 성능 변화를 추정하였다. 그 중에서 날개의 흡입면에 날개 끝판을 붙인 경우가 가장 우수한 성능을 보였다. 또한 풍력터빈 날개가 경사각과 레이크를 가진 경우에 대하여 출력계수를 각각 비교하였다.