수직축 조류발전 터빈의 성능에 미치는 설계인자들의 영향 연구

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공학석사 학위논문

수직축 조류발전 터빈의 성능에 미치는 설계인자들의 영향 연구

Study on The Effect of Design Parameters on The Performance of Vertical-Axis Tidal Current Turbine

지도교수 현 범 수

년 월 2012 2

한국해양대학교 대학원

조선해양시스템공학과

이 대 형

수 직 축 조 류 발 전 터 빈 의 성 능 에 미 치 는 설 계 인 자 들 의 영 향 연 구

공학석사 학위논문

수직축 조류발전 터빈의 성능에 미치는 설계인자들의 영향 연구

Study on The Effect of Design Parameters on The Performance of Vertical-Axis Tidal Current Turbine

지도교수 현 범 수

2 0 1 2 년

년 월 2012 2

한국해양대학교 대학원

_2월

조선해양시스템공학과

이 대 형

^이

대

형

을 이대형의 으로 함.

本 論文 工學碩士 學位論文 認准

위원장 : 공학박사 이 영 호 인 ( ) 위 원 : 공학박사 현 범 수 인 ( ) 위 원 : 공학박사 남 종 호 인 ( )

년 월 2012 2

한 국 해 양 대 학 교 대 학 원

C o n t e n t s

Contents ⅰ

Abstract ⅲ

Nomenclatures ⅳ

List of Tables ⅴ

List of Figures ⅵ

제 1 장 서 언

연구배경

1.1 1

연구 방향

1.2 7

수직축 조류발전 터빈의 특성

1.3 8

제 2 장 조류발전 수직축 터빈의 설계변수 정의

날개수

2.1 (Z) 10

날개 형상

2.2 11

터빈 직경

2.3 12

터빈 블레이드의 길이

2.4 (span) 13

터빈 축 직경

2.5 14

터빈 회전 속도와 조류 속도

2.6 15

끝단속도비

2.7 (tip speed ratio, λ) 17

제 3 장 조류발전 수직축 터빈의 성능에 미치는 설계인자

계산 검증

3.1. 18

검증 대상

3.1.1 19

검증 결과

3.1.2 20

직경 유속의 영향 검토

3.2. , 21

개요

3.2.1 21

계산조건

3.2.2 22

유속 변화 영향

3.2.3 24

결과 검토

3.2.5 26

제한 수로의 영향 검토

3.3. 27

개요

3.3.1 27

계산조건

3.3.2 28

결과 검토

3.3.3 29

정리

3.3.4 32

날개 수 코드 길이 변화의 영향

3.4. , 33

개요

3.4.1 33

계산 조건

3.4.2 34

날개 수 변화 영향

3.4.3 36

코드 변화 영향

3.4.4 37

결과 검토

3.4.5 38

제 4 장 결 론 39

참고문헌 40

Study on The Effect of Design Parameters on The Performance of Vertical-Axis Tidal Current Turbine

Dea-Hyoung Lee

Department of Naval Architecture and Ocean Systems Engineering Graduate School of Korea Maritime University

Abstract

The west and south coastal region of Korea has very strong tidal current speeds and therefore accommodates many suitable sites for the application of Tidal Current Power.

This paper deals with effect that design parameter of tidal current vertical axis turbine to performance. For the analysis on VATT(Vertical-Axis Tidal current Turbine), the numerical approach was made by using the commercial CFD software FLUENT 6.3.

First at all, they ascertained that characteristic of turbine parameters such as span, turbine diameter, number of blade, shape of blade, tip speed ratio, solidity and current speed.

Second, this paper provided that effect of turbine diameter and current speed on the efficiency of VATT. And than, study on the effect of Reynolds number in turbine efficiency quite big especially at low Reynolds number below.

Third, the paper deal with any blockages such as duct or flow fence around the turbine. turbine performance has benefit by a blockage effect.

Fourth, present paper has proposed optimal solidity for VATT.

Nomenclatures

통과 단면적

A : (blade sweep area) ··· [m²] 블레이드 코드 길이

c : (blade chord length) ··· [m]

CP : 동력계수(power coefficient) ··· [-]

터빈의 직경

D : ··· [m]

DS : 터빈축··· [m]

H : Blade span ··· [m]

PW : Power ··· [J]

ReC :블레이드 레이놀즈 수 (_



 ∙



^_^_{  }^

) ··· ([-]) U∞ : 유속··· [m/s]

Z : Number of blade ··· [-]

받음각

: (angle of attack)

α ··· [°]

: Blockage coefficent (D/B)

ε ··· [-]

끝단 속도비

: (tip speed ratio)

λ ··· [-]

해수의 밀도 :

ρ ··· [kg/m³] : Solidity (

σ _{  }



  ) ··· [-]

: Azimuth angle

Φ ··· [°]

각속도 :

ω ··· [rad/s]

List of Tables

Table 1 Comparison table of number of blade 2,3 10 Table 2 Target turbine parameter 19

Table 3 Mean CP 20

Table 4 Analysis condition at λ=3 22 Table 5 Varidation of turbine diameter 23 Table 6 Target turbine parameter 28

Table 7 Analysis condition 28

Table 8 Analysis condition 34

Table 9 Analysis condition 35

List of Figures

Fig. 1 Tidal current power generation market share during 2005~2009 ··· 1

Fig. 2 Helical turbine ··· 2

Fig. 3 SEAFLOW ··· 3

Fig. 4 SeaGen & AK 1000 ··· 4

Fig. 5 Davis turbine ··· 5

Fig. 6 Uldolmok tidal current power ··· 6

Fig. 7 Samcheonpo tidal current power ··· 6

Fig. 8 Darrieus vertical axis turbines principle of operation ··· 8

Fig. 9 The power coefficient variation with the tip speed ratio ··· 9

Fig. 10 NACA 0015 and NACA 0018 foil profile ··· 11

Fig. 11 The VAWT-850 during assembly ··· 12

Fig. 12 Defined aspect ratio ··· 13

Fig. 13 The relationship between turbine height and power coefficient ···· 13

Fig. 14 Kind of turbine shaft ··· 14

Fig. 15 Lift and drag curves for NACA0012 over all Reynolds numbers ·· 15

Fig. 16 The relationship between α and λ ··· 17

Fig. 17 Principle of sliding mesh example ··· 18

Fig. 18 Domain ··· 19

Fig. 19 Validation for edinburgh design vs present result ( =3, D=5m, Z=3)λ ··· 20

Fig. 20 Power coefficient D=0.8m and D=5m at λ=3··· 24

Fig. 21 Power coefficient validation with turbine diameter ··· 25

Fig. 22 Ducted propeller ··· 27

Fig. 23 Domain ··· 29

Fig. 24 Comparison blockage ratio ε = 0.05 between ε = 0.10··· 30

Fig. 25 Power coefficient with blockage effect ··· 31

Fig. 26 Streamline with blockage effect ··· 31

Fig. 27 The effect of solidity on CP(Re=3.0×10⁶) ··· 33

Fig. 28 Effect of number of blade ··· 36

Fig. 29 Power coefficient during one rotation ··· 37

Fig. 30 The effect of solidity ··· 38

제 1 장 서 언

연구 배경 1.1

조류발전은 조수간만에 의해 발생하는 해수의 흐름을 이용해 발전하는 방식으로 조력 발전과 다르게 댐(dam)이나 기타 해수 유동을 방해하는 설치할 필요가 없으므로 해양, 에 대한 오염을 유발할 가능성이 적으며 여타 재생에너지와 같이 지속가능한 발전이, 가능하다.

신재생에너지 분야 중 조류에너지에 대한 개발 및 연구는 국내외 많은 국가에서 진행 하고 있는 추세이다 허나 현재 국내에서 조류발전에 대한 연구 논문은 손에 꼽힐 만. 큼 적은 실정이다.

현재 조류발전개발 주요 국가는 영국 미국 등이 주도적, 으로 연구 개발 운전 중이며, 중국 일본 필리핀 등의 국가에서도 점차 개발에 착수 중이다, , (Fig.1).

Fig.1 Tidal current power generation market share during 에너지관리공단

2005~2009[ ]

미국은 2010년까지 13.%의 대체에너지 보급비율을 목표로 대체에너지 연구에 박차를 가하고 있다 조류발전 시스템은 영국이나 캐나다에 비해 많은 연구가 되고 있지는 않. 으나 Tidal Electric Inc.에서는 독자적인 기술을 개발하여 대상지역을 연구하고 있다. 또한 1995년 미국 Northeastern 대학의 Gorlov박사에 의해 수직축 충동식 터빈인 핼 리컬 터빈이 개발되었고 시험발전을 실시하였다, (Fig.2). 또한 이 헬리컬 터빈은 한국의 울돌목 시험발전소에서 운행되었다. Verdant Power사는 뉴욕의 동쪽 강변에 약 4.5 달러를 투자하여 조류발전을 계획하고 해저의 기의 발전기를 설치하여

Million 6

전력생산을 계획 하고 있다

200kW .

Fig. 2 Helical turbine

영국은 1990년대 초부터 활발히 조류발전을 비롯한 대체에너지 연구가 진행되고 있다. 모형실험 및 수치 시뮬레이션을 통한 기술을 토대로 영국남서부 Servern강 하구에 대 한 조류발전 타당성 검사를 실시하였고 실험 가동 중이다 또한. 2020년까지 스코틀랜 드 에너지의 40%를 대체에너지로 공급한다는 정부의 확고한 정책과 지원으로 현재 많 은 회사들이 창업되었고 관련 산업도 활발히 팽창하고 있다 특히 스코틀랜드 북쪽 높. 은 조류가 있는 지역에 대규모 조류발전 단지를 계획되었고 현재 건설 중에 있다.

년에는 년 동안 백만 유로를 투입하여 과제를 성공적으로 완료하여

2003 5 5 SEAFLOW

영국 남서부의 Lynmouth 지역의 Foreland Point 해양에 300kW급 파일럿 발전 시스 템을 설치하였다(Fig.3). 수심 11미터에 설치된 시스템은 HAT 형식으로 두 개의 블레 이드 로터를 장착하였고 유지 보수를 위하여 블레이드와 발전기가 수심 위로 올라올, /

수 있도록 모노파일에 가이드를 설치하여 상하 이동이 가능하도록 하였다 블레이드의. 각도는 조류의 입사 속도에 따라 변환이 가능하여 발전효율을 높였다.

Fig.3 SEAFLOW

프로젝트는 사가 북아일랜트의 지역에 설치할 예정이

SeaGen MCT Stranford Narrow

며 영국 통상산업청의 지원을 받아 150억 원을 투입하여 1MW 상업발전을 2008년에 완공하였다 이곳은 평균 최대유속이. 3.6m/s에 달하며 발전장치는 약 3미터의 모노파 일 지지구조물과 2개의 500kW 로터가 설치되었다. SeaGen은 Seaflow와 같이 로터와 파워트래인을 수면위로 이동시킬 수 있다 약. 10~20rpm으로 회전하는 두 개의 로터 와 외부 해양환경에 안정하도록 설계되었다. 20미터 직경으로 쌍으로 달린 씨겐 조력 발전 터빈은 각각 1.2메가와트를 생산한다. 1메가와트당 5천만 달러의 비용으로 만들 어져 육상 풍력발전보다 30% 정도 투자비당 전기 생산 효율이 높다 터빈은 물 속에. 서 180도 회전해 들물과 날물 시마다 회전한다 터빈은 유지보수를 위해 수면 위로 올. 릴 수 있고 전기를 생산할 때만 수면 아래로 터빈을 내린다, .

또한 Atlantis 사에서 개발된 AK – 1000 모델은 현재 세계 최대의 크기의 조류발전 장치로 그 지름은 18m이다 두 개의 로터가 하나의 모듈에 설치 되어있으며 이는 하. , 루에 두 번 정 반대 방향으로 바뀌는 특성을 감안하여 조류 방향에 맞추어 한 개의 로 터가 가동중이면 반대 쪽 로터는 가동하지 않는다(Fig. 4).

Fig.4 SeaGen & AK 1000

캐나다의 경우 정부의 지원으로 대체에너지 관련 연구가 오랫동안 꾸준히 진행되어 왔 다. The bay of Fundy에서 이미 발전시스템을 설치하여 가동 중이다 관련 대체에너. 지 개발 기술은 이미 실용화 단계로 접어들었으며 전문적인 대체에너지 회사들이 사업 을 하고 있다 또한. Davis Turbine도 실용화 단계까지 개발이 완료되었다(Fig. 5). 이 들은 기존의 수차발전기에 비해 발전 효율 측면에서 최고 약 50% 이상 향상된 성능을 보여준다고 발표하였으며 필리핀 멕시코 등지에 기술을 수출하여 시설물을 설치하고, 있다.

Fig. 5 Davis turbine

국내에서는 조력발전 기술개발을 위한 기술적 성과들로 조류에너지 타당성조사 수차, 설계기술 조류발전 구조물 설계 설치 기술을 포함하며 헬리컬 형태의 조류발전을 울돌, / 목시험발전소에서 운행되었으나 현재 경재성 확보 문제로 어려움을 겪고 있다, (Fig.6).

또한 인하대학교와 오션스페이스에서 공동 출자로 국내최초로 수평축 조류발전기를 삼 천포에 설치하여 시험 운행을 하였다(Fig. 7). 현재 국내에서 조류발전을 연구하고 있 는 개발주체는 해양연구원 현대중공업 레너테크 등이 있다 해양연구원은, , . 2011년 3 월 현대중공업은 2011년 5월 울돌목에서 성능시험을 완료했고 레네테크는 장죽수도, 에서 성능시험을 진행하고 있다 현대중공업은 선박기술을 응용해 개발한 수평반지형. 기술을 개발하고 있고 레네테크는 독일의 기술을 도입한 수평축 프로펠러형 설비를, 시험하고 있다.

Fig. 6 Uldolmok tidal current power

Fig. 7 Samcheonpo tidal current power

이와 같이 국외 많은 국가들이 대체에너지로 조류발전에 대한 연구와 개발을 진행 중 이며 영국의 경우 많은 결과와 시운전등을 통한 경험을 축척하였다 이러한 국제 경향, . 에 맞게 우리나라에도 더 많은 연구와 투자를 통해 이러한 대체에너지 개발이 시급한 형국이다.

연구 방향 1.2

현재 국외에서는 신재생에너지에 대한 필요성과 상업성을 검증 및 연구 중에 있다 현. 재 국외에서는 연구 배경에서 언급한 것과 같이 많은 국가에서 조류발전에 대한 연구 와 실 해역 실험을 이미 마치거나 진행 중에 있다 또한 국내에서는 울돌목에 조류발. 전 시험 발전기가 설치되어 시험 운전 중에 있으며 신 재생에너지에 대한 국가 투자, 및 민간 투자가 활발히 진행 중이다 이러한 현황에 맞추어 조류발전에 대한 기본 작. 동원리에 대한 이해와 설계인자의 성능에 미치는 영향을 확인하여 조류발전 장치를 개 발하고자 하는 사람들에게 도움이 되고자 한다 본 연구는 조류발전 터빈의 특징과 설. 계 인자에 대해 연구 하였다 그리고. CFD를 이용한 수치해석을 통해 해외 해석 사례 를 통해 수치해석의 타당성을 검증한 후 설치 장소의 제한 수로에 의한 영향에 의한, 효율 변화에 대해 확인 하였으며 터빈의 직경 블레이드의 코드 길이 날개 수에 의한, , , 영향 등을 확인 하였다 이에 따라서 수직축 조류발전 터빈의 작동 범위를 대략적으로. 파악하고 이에 대한 효율 경향을 확인하며 조류발전 터빈을 기본 설계하는데 도움이, , 되고자 한다.

수직축 조류발전 터빈의 특성 1.3

수직축 터빈은 충동식과 반동식 두 가지 형태가 있으며 조류발전 터빈의 경우 풍력발, 전 터빈으로 개발된 형태를 그대로 답습하고 있다 따라서 수직축 조류발전 터빈을 설. 명하기 위해서는 풍력 터빈의 형태와 종류를 설명하여야 한다.

반동식 터빈의 대표적인 형태로는 다리우스 터빈과 프랜시스 터빈을 들 수 있다 다. 리우스 터빈은 프랑스의 Georges Darrieus에 의해 1927년 처음 발명되었다 다리우. 스 터빈에 대한 성능은 15~40%까지 연구 되었으며, 1980년대 Sandia national

에서 연구 개발되었다

Laboratories (Fig.8).

Fig. 8 Darrieus vertical axis turbines principle of operation.

다리우스 터빈은 fig. 8과 같이 동력 특성 곡선의 경향을 3개의 영역으로 나누어 설명 할 수 있다[1]. 낮은 λ 영역에서 효율이 떨어지게 되며 이유로는 터빈 블레이드의 급, 격한 받음각 변화에 의한 Dynamic stall에 의해 터빈 블레이드가 날개로서 역할을 제 대로 할 수 없기 때문이라고 서술하였다 그리고 반대로 높은. λ 영역에서 효율이 감소 하는 이유는 터빈의 축이나 블레이드와 축을 연결하는 스트럿 부가질량 등에 의한 영, 향이라고 서술 하였다 따라서 터빈은 이 두 구간을 피한 구간에서 운용되어야 한다. (Fig.9).

Fig. 9 The power coefficient variation with the tip speed ratio

은 블레이드가 터빈 축을 중심으로 회전하면서 위상각이 변화하며 이러 Dynamic stall

한 위상각 변화로 인해 날개의 받음각은 계속적으로 변화하게 된다 이러한 주기적인. 변화 거동은 진동하는 날개와 흡사하며 이러한 진동을 통한 받음각의 주기적인 변화, 는 정상상태의 실속받음각보다 더 큰 받음각이 형성되어 피칭모멘트의 급격한 증가로 인한 날개 자체의 양력이 급감하는 현상이다[2]. 평균 받음각과 받음각의 진폭이 작은 경우 일반적인 경계층 유동특성을 띄게 되지만 평균 받음각과 받음각 진폭이 어느 이 상이 되면 박리 영역이 커지면서 실속 현상을 보이게 되고 완전히 다른 유동장을 형성 하게 된다.

가 작은 경우 블레이드가 받게 되는 받음각은 커지게 되며 이러한 큰 받음각은 실속, λ

받음각 보다 큰 경우가 있다 이러 한 큰 받음각에 의해 날개는 실속영역에 빠지게 되. 며 이 영향으로 인해 양력이 감소되며 항력이 증가하게 된다, , [3].

제 2 장 조류발전 수직축 터빈의 설계변수 정의

날개수 2.1 (Z)

날개 수 2개와 3개의 장단점은 Table 1과 같이 비교할 수 있다 터빈의 날개 수는. 토크의 위상각에 따른 변화량(torque ripple)에 대한 영향을 주게 된다 이러한. torque 이 수직축 터빈의 진동을 야기하는 기진력으로 발생하므로 진동을 줄이는 방향

ripple ,

으로는 날개 수가 많은게 유리하다 하지만 이러한 날개 수 의 증가는 터빈 전체의 마. 찰력이 증가하게 되며 또한 날개간의 간격의 감소로 인해 전방 날개의 후류 영향을, 후위 날개가 직접적으로 받게 되므로 효율이 감소하게 된다 따라서 진동과 효율 두. 가지 측면에서 날개 수을 결정하여야 한다.

일반적으로 다리우스 풍력 터빈은 토크와 구조응답 특성의 잇점으로 인해 3개의 날개 를 주로 사용하게 된다 하지만 이러한 날개 수의 증가는 건설 및 조립 비용의 증가로. 인해 2개의 날개 또한 사용된다.

Table 1 Comparison table of number of blade 2,3 Item Three Blades Two Blades construction cost High Low

assembly cost High Low

manufacturing

technolgy Better Poor

strength/weight ratio Poor Good

torque ripple Good Poor

structural Dynamic Good Poor

날개 형상 2.2

수직축 터빈에 적용되는 날개 형상은 높은 양력을 발생하고 실속에 대한 성능이 좋은 단면을 적용하여야 한다 풍력 수직축 터빈의 경우 일반적으로. NACA 0012와 NACA

를 사용했다 허나 구조적인 강점을 가진 도 사용되었다 일

0015 . NACA 0018 (Fig. 10).

반적으로 수직축 터빈에서 Up stream 과 Down stream에서 압력면과 흡입면이 서로 바뀌기 때문에 대칭 단면을 사용하여야 토크 발생이 일정하게 나타나게 된다 또한 날. 개 형상에 대한 선정 시 풍력 터빈과 다르게 매질이 해수인 관계로 압력의 강하에 따 른 공동현상이 발생할 수 있다 이러한 공동현상은 날개의 내구성과 효율에 악영향을. 미치므로 공동 성능이 좋은 날개 형상을 선택하여야 할 것 이다.

Fig. 10 NACA 0015 and NACA 0018 foil profile

터빈 직경 2.3

터빈의 직경은 터빈의 설계 용량에 따라 정해 질 수 있다 설치 장소의 유속에 따라. 필요직경이 결정 될 것이며 직경은 또한 회전속도에 영향을 줄 수 있다 수직축 풍력, . 터빈의 경우 최대 직경으로는 1988년 웨일즈에 설치된 VAWT-850(500kW )급 터빈

이 있으며 이 터빈의 직경 에 달하였으며

(Fig. 11) 38m , CP는 0.31에 달하였다[4].

fig. 11 The VAWT-850 during assembly

현재 최적 직경에 대한 상관관계에 대하여 전해진 바가 없으며 이에 대한 연구가 더, 필요한 실정이다.

터빈 블레이드의 길이

2.4 (span)

터빈 블레이드의 길이는 조류발전 터빈이 설치 될 장소의 수심 유속 등이 고려 되어, 야 한다 일반적으로 이러한. Span은 직경으로 나누어 H/D로 표현하거나 Fig.12와 같 이 블레이드의 코드길이 c로 나누어 Aspect ratio로 표현하기도 한다. Fig.13과 같이 유체역학적으로 블레이드의 길이가 커지면 커질수록 효율은 2차원 계산 결과에 근접해 간다.[5] 허나 경제적인 이유와 터빈의 구조 강도상 커질 수 있는 상한이 존재 한다. 또한 수심에 의해 스팬을 늘릴 수 있는 한계가 있다.

Fig.12 Defined aspect ratio

Fig. 13 The relationship between turbine height and power coefficient[4]

터빈 축 직경 2.5

터빈 블레이드의 코드 길이와 직경 그리고 유속에 의해 결정되어야 할 인자이다 구, . 조적 안정성 측면에서 축 직경이 크면 좋으나 과도하게 클 경우 축에 의한 유체입자, 의 산란과 와류에 의해 Down Stream에서의 블레이드가 받게 되는 유체의 산란도가 커지가 되므로 효율이 감소하게 될 우려가 있다 또한 이러한 축 직경의 증가는 기본. 자재비의 증가와 설치의 어려움을 야기 할 수 있다 축 직경은 축에 의해 터빈 블레이. 드가 받게 되는 영향을 최소한도로 하는 안전한 축 직경을 설정하여야 한다 축의 종. 류로는 Fig. 14와 같이 중공축과 중실축 두 가지로 확인 할 수 있으며 동일한 토크, 하중을 견디기 위해서는 중실축의 직경이 중공축의 직경보다 작으며 중공축의 경우, 무게와 자재비가 유리하다.

Fig. 14 Kind of turbine shaft

터빈 회전 속도와 조류 속도 2.6

터빈의 회전 속도와 조류 속도는 블레이드가 받게 되는 유속에 큰 영향을 주게 된다.

이러한 유속에 따라 블레이드의 실속 특성이 변화하게 되며 이 영향은, Fig. 15와 같 게 나타난다. 즉 터빈 날개의 ReC가 증가 할수록 실속이 일어나는 각도는 점차 증가 하게 된다 이러한 실속각의 증가는 블레이드의 양력 발생 범위의 증가로 볼 수 있으. 며 이러한 양력 발생 범위의 증가는 터빈의 토크 출력을 증가 시키는 것으로 생각 할, 수 있다 수직축 터빈의 경우 수평축 프로펠러식 터빈과 다르게 터빈의 블레이드가 회. 전 하면서 받게 되는 α(받음각: attack of angle)은 매 위상각 마다 바뀌게 된다.

단 조류발전의 경우 풍력발전과 다르게 Cavitation을 회피하는 설계가 대단히 중요한 인자이다 선박의 프로펠러 추진기와 마찬가지로 동일하게. Cavitation은 블레이드의 내 구성과 효율에 악영향을 미친다 이러한. Cavitation은 블레이드 설치 수심과 유속의 제 곱에 함수로 생각할 수 있으므로 터빈의 회전 속도를 설정할 때 이러한 점도 회전 속, , 도를 결정할 때 중요한 인자가 될 수 있다.

터빈의 회전 속도를 결정하는 또 하나의 인자로는 발전기가 될 수 있다 허나 발전기. 와 터빈을 직접 연결하지 않고 가속기를 설치한다면 터빈의 회전 속도를 변경 할 수 있을 것이다.

(a) CL

(b) CD

Fig. 15 Lift and drag curves for NACA0012 over all Reynolds numbers

끝단속도비

2.7 (tip speed ratio, λ )

끝단 속도비는 터빈의 특성을 가늠하는 중요한 인자 중 하나이다 이 끝단 속도비에. 따라 블레이드가 받게 되는 α가 변화하게 되며 식, (1)과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 아래의 식은 Down stream의 유체 산란을 고려하지 않은 식으로 실제로는 터빈의 축, 그리고 Up stream에서 회전하는 날개에 의한 후류 영향 등에 의해 실제와는 다소 차 이를 보이게 된다.

  ^{ }



   

  



과 같이 수직축 터빈의 에 따라 받음각 변화하게 되며 일 때 위상각

Fig.16 λ , λ=2

에서 블레이드의 받음각의 최대 값이 로 높았으며 이 증가함에 따라 위상에

120° 30° , λ

따른 받음각의 변화량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 λ에 의한 Dynamic 을 생각할 수 있으며 이 낮은 구간에서 에 의해 터빈에 의한 발전

Stall , λ Dynamic Stall

량이 감소하게 될 것으로 생각된다 또. λ이 큰 구간에서는 블레이드가 토크를 발생할 만큼 충분한 양력을 받을 α가 아니기 때문에 효율이 감소하게 될 것이다 이. λ에 대한 정보와 터빈의 날개 형상과 그 형상의 유체성능을 알고 있다면 터빈의 성능을 대략적 으로 예측할 수 있을 것이다.

Fig. 16 The relationship between α and λ

(1)

제 3 장 조류발전 수직축 터빈의 성능에 미치는 설계인자

계산 검증 3.1.

조류발전 수직축 터빈의 성능에 미치는 설계 인자들을 CFD를 통하여 그 영향을 확인 하고자 한다. CFD의 계산 결과의 신뢰성 확인을 위해서는 무엇보다 검증이 필수적으 로 필요하다 검증을 위해서 상용. CFD 코드인 FLUENT 6.3을 사용하여 계산을 수행 하였다 해석 기법으로는 터빈 및 프로펠러 계산에 잘 이용되는. Sliding mesh 기법을 사용하여 터빈의 회전을 구현하였다. Sliding mesh기법은 Fig. 17과 같다 이 외에도. 매 순간 격자를 새로 짜는 Dynamic mesh 기법이 있으나 Blade 주변과 상호작용이 중요시 되는 이 문제에서는 적합하지 않다.

Fig. 17 Principle of sliding mesh example

검증 대상 3.1.1

검증 대상으로는 영국의 Edinburgh Design Ltd의 연구 보고서에 수록된 직경 5m,

의 해석 결과를 토대로 비교하였다 국내의 논문 검색 결

NACA 0018 CFD (Table 2).

과 아직 조류발전에 대한 명확한 검증자료가 부족하고 국외 논문을 인용하는 경우가, 많기 때문이다.

Table 2 Target turbine parameter Diameter

(m)

Number of Blade

Blade section

Chord Length (m)

Current Velocity(m/s)

5 3 NACA 0018 0.25 2.2

검증 대상에서는 상용 유동해석 프로그램인 CFX를 이용하였으며 본 논문에서는 동일, 한 상용 유동해석 프로그램인 FLUENT 6.3을 이용하여 해석하였다 검증 대상에 대한. 격자계에 대한 상세 내용이 없었으므로, 격자계에 대한 것은 정현주[2009],한준선 의 격자계를 참조하였다 난류 모델은 모델을 사용하였으며 난류모델이

[2010] . k- sstω ,

요구하는 y+를 맞추기 위해 Boundary layer를 사용하였다 또한. Sliding mesh 기법 을 사용하였으므로 이에 맞는 격자계인 O-H 그리드를 사용하였다 날개에 격자는. 240 개의 격자 노드를 사용하였으며 총 격자 수는, 17만개가 사용되었다(Fig.18). 계산 결 과는 CP의 변화 정도를 확인하여 일정 값으로 수렴된 회전수 4번째의 결과를 사용하였 다.

Fig. 18 Domain

검증 결과 3.1.3

위와 같은 조건으로 계산을 수행 하였으며 이에 따른 동력 특성은, Table 3 과 Fig.

과 같은 경향을 보였다 계산의 경향은 거의 동일하게 나타났으며 날개 수 개에 의

19 . 3

해 CP의 peak 가 3개가 나타나는 것을 확인 하였다 따라서 검증시 사용하였던 격자. 계가 타당성을 가지고 있으며, VATT의 성능을 확인 할 수 있을 것이라 생각된다.

Table 3 Mean CP

Edinburgh Design Result

Present Result

CP,mean 0.536 0.503

Fig. 19 Validation for edinburgh design vs present result ( =3, D=5m, Z=3)λ

직경 유속의 영향 검토 3.2. ,

개요 3.2.1

조류발전 수직축 터빈의 효율은 블레이드가 내어주는 토크에 의해 결정된다 또한 블. 레이드의 토크는 양력과 항력의 합이 토크에 영향을 주게 되어있으며 이러한 블레이, 드의 양항력은 회전속도나 유속에 따라 차이를 나타내게 된다 직경의 경우 동일 각속. 도에서 팔의 길이에 따라 블레이드의 회전 속도가 증가하게 되기 때문이다 이러한 경. 향 확인을 통해 블레이드의 천이영역에서의 운전을 피하고 명확한 운전점을 확인하기, 위해 터빈의 직경과 유속을 변화하여 그 영향을 비교해 보았다 이러한 터빈 직경과. 유속에 대한 영향은 Reynolds number로 정의 할 수 있다 본 논문에서 사용되어진.

수 정의는 식 로 정의 하였다

Re (2) .

_ 



^_^  ^∙ 

이러한 ReC를 확인하여 성능에 미치는 영향을 확인하고자한다.

(2)

계산조건 3.2.2

먼저 터빈의 직경과 입사 유속 그리고 회전속도에 의한 성능 영향을, Re_C로 무차원 하 여 생각할 수 있는 지의 여부를 확인하기 위해서 직경 0.8m 와 직경 5m 간 동일한 λ 과 레이놀즈 수에서의 효율 경향을 확인하고자 한다 이는. ReC에 의해 이러한 영향을 확인 할 수 있는지를 확인하기 위해서 이다 날개 단면은 한준선. [2009]에서 사용한 NACA 65₃-018 단면을 사용하였으며, σ= 0.084이다[6]. 그 외 조건은 Table 4와 같 다.

Table 4 Analysis condition at λ=3

D TSR V ω Re

5

3 0.16 0.192 221,471

3 0.745 0.894 1,031,228

3 1.332 1.5984 1,843,752

3 1.92 2.304 2,657,661

3 2.5 3 3,460,496

0.8

3 1 7.5 221,471

3 4.656 34.92 1,031,228

3 8.32 62.4 1,843,752

3 12 90 2,657,661

3 15.625 117.187 3,460,496

또한 직경의 영향을 확인하기 위해 한 터빈을 스케일 업 시키면서 동력 곡선 경향을 확인 하였다 동일 입사 유속을 갖기 위해 직경의 증가에 따라 각속도를 감소 시켰으. 며 직경, 1m, 5m, 8m 3개의 case를 대상으로 계산을 수행하였다. TSR 변화에 대하 여서는 current velocity를 변화시켜가며 계산을 수행하였으며 이러한, Re_C 범위는 80 만~750만에서 계산 수행되었다 자세한 계산 조건은. Table 5와 같다.

Table 5 Varidation of turbine diameter

Re D TSR V C Rw

939,414

1

1.5 5.000 0.105 7.5

873,900 2.0 3.750 0.105 7.5

841,852 2.5 3.000 0.105 7.5

823,920 3.0 2.500 0.105 7.5

812,917 3.5 2.143 0.105 7.5

805,696 4.0 1.875 0.105 7.5

800,707 4.5 1.667 0.105 7.5

4,697,069

5

1.5 5.000 0.524 7.5

4,369,498 2.0 3.750 0.524 7.5

4,209,258 2.5 3.000 0.524 7.5

4,119,602 3.0 2.500 0.524 7.5

4,064,587 3.5 2.143 0.524 7.5

4,028,478 4.0 1.875 0.524 7.5

4,003,534 4.5 1.667 0.524 7.5

7,515,310

8

1.5 5.000 0.838 7.5

6,991,196 2.0 3.750 0.838 7.5

6,734,812 2.5 3.000 0.838 7.5

6,591,363 3.0 2.500 0.838 7.5

6,503,339 3.5 2.143 0.838 7.5

6,445,565 4.0 1.875 0.838 7.5

6,405,654 4.5 1.667 0.838 7.5

유속 변화 영향 3.2.3

동일 모델의 유속 관련항인 회전속도와 current velocity를 변화해 가며 계산한 결과 는 Fig.20과 같다 계산결과는. λ＝3의 결과이며 효율은 두 개의 기울기를 가진 지수함 수 같은 경향을 보인다 즉 발전효율은. ReC가 증가 할수록 증가하게 되는 경향이 있으 며 2×10⁶이상에서는 효율의 증가가 미미하게 나타났다 또한. 2×10⁵에서 효율이 급격 하게 떨어짐을 확인 하였으며 이는, ReC가 낮은 천이 영역이기 때문에 이러한 효율의 저하를 가져오는 것이라고 추측하였다. 0.8m의 터빈과 5m의 터빈의 효율은 거의 동일 한 결과를 나타내는 것을 확인하였다 이는 효율의 영향은. ReC에 의해 정해지는 것이 며 위에서 가정한 무차원 수, ReC가 타당한 무차원 수임을 확인 하였다.

Fig.20 Power coefficient D=0.8m and D=5m at λ=3

직경 변화 영향 3.2.4

동일 유속에서 직경을 키웠으며 이에 따른 블레이드의 회전속도 또한 동일 하게 하기 위해서 각속도에 차이를 두었다(Fig.21). 이는 즉 직경에 대한 변화 즉 코드의 변화에. 대한 것으로 코드의 증가로 인해 효율이 증가함을 볼수 있다 효율 곡선의 경향은 직. 경에 따라서 동일한 경향을 나타나지만 직경의 증가로 인한 Re 수 증가 그 증가에 따, 라 효율이 다소 증가함을 확인 하였다. λ = 2구간의 효율이 직경의 증가에 따라 경향 이 다소 다르게 나타남을 확인 할 수 있었으며 이는, Re 수 증가에 따른 실속 성능의 향상에 의해 이러한 경향이 나타났을 것이라 생각된다.

Fig.21 Power coefficient validation with turbine diameter

결과 검토 3.2.5

위의 결과와 같이 유속에 따른 효율 영향을 확인 하였으며 직경에 따른 영향을 확인, 하였다 위 결과를 토대로 터빈의 효율에 미치는 영향은. Re 수에 의한 영향으로 생각 할 수 있으며, 이러한 Re 수에 따라 효율이 증가하는 것을 확인 할 수 있으며, Re=1.0×10⁶ 이후에는 Re 수가 효율에 미치는 영향은 다소 미미하다는 결론은 내렸 다 이러한 영향은 낮은. Re 수에 의해 층류와 난류 사이의 영역인 천이영역이 였기 때 문에 효율이 급격히 감소하는 것으로 파악된다 천이영역의 명확한 기준은 없으나 선. 박의 경우 저항 시험의 경우 Re 수 3.0~4.0×10⁶ 이상에서 시험을 하기를 권고하고 있다 따라서 이러한 낮은. Re 영역의 터빈을 설계하기 보다는 좀 더 큰 직경 혹은 유 속에서 터빈을 설계할 필요가 있다고 생각되어진다 또한 직경에 대한 영향을 확인 한. 결과 직경 1m와 5m의 효율 차이에 비해 5m와 8m 간의 효율 차이가 작게 나타나는 것을 확인 하였다.

제한 수로의 영향 검토 3.3.

개요 3.3.1

터빈이나 항공기 날개 또는 자동차의 차체의 유동 선박의 저항성능 예측을 확인 하기, 위해 일반적으로 풍동터널이나 예인수조 회류수조 등에서 실험을 하게 되며 이러한, , 모형시험은 실제 운행 조건과 동일한 조건이 되도록 하여야 한다 허나 이러한 실험에. 서는 경제적 또는 현실적인 문제로 인한 범위 제한으로 인한 실험의 오차가 발생하게 된다 이러한 제한 수로의 영향으로 인하여 실제 계측값이 과도하게 계측되며 이러한. , 경향을 확인하고자 CFD를 통하여 그 영향을 확인 하였다 또한. Fig.22와 같이 프로펠 러 등 쉽게 적용하는 덕트의 효과를 기본적으로 확인하고자 한다.

Fig. 22 Ducted propeller

계산조건 3.3.2

와 와 계산 조건으로 계산을 수행하였으며 직경과 코드길이는 다음

Table 6 Table 7 ,

과 같다 이러한 직경을 선택한 이유는 실제 실험에서 실험 경계 폭에 의한 터빈의 성. 능을 예측하고자 하였다.

Table 6 Target turbine parameter 재 원

Blade Section NACA- 653-018

Chord(m) 0.07

Diameter 0.8

또한 폐쇄율( )ε에 대한 것은 다음과 같다 일반적으로 풍동터빈에서 폐쇄율을 고려하는. 실험과 동일하게 터빈의 직경을 고정시키고 경계 폭인 B를 변화시켜가며 계산을 수행 하였다 이 같은 해석은 제한수로의 오직. 2차원적인 영향만을 고려 한 것이다 또한 제. 한 수로의 형상에 대한 연구는 진행하지 않았으며 오직 실험 경계 폭인, B에 대하여 연구를 진행하였다(Fig.23).

Table 7 Analysis condition

ε TSR ω(rad/s) Reynolds number

0.1

2.6 6.5

796,178.3 3.0 7.5

3.4 8.5 3.8 9.5 4.2 10.5

0.13

2.6 6.5 3.0 7.5 3.4 8.5 3.8 9.5 4.2 10.5

0.25

2.6 6.5 3.0 7.5 3.4 8.5 3.8 9.5 4.2 10.5

0.50

2.6 6.5 3.0 7.5 3.4 8.5 3.8 9.5 4.2 10.5

Fig. 23 Domain

결과 검토 3.3.3

상기 계산 조건으로 수치해석을 실시한 결과 아래의 그림과 같은 CP성향을 보여주고 있다. CP 계산은 블레이드 1회전 동안의 CP 평균을 각 TSR 별로 표기한 것으로 결과 로 ε = 0.5 일 때의 계산 결과가 다른 계산 결과에 비해 과도하게 크게 해석 되었다고 생각되어진다 폐쇄율에 따라 일정하게 효율이 증가함을 확인 할 수 있었으며 폐쇄율. , 에 따른 유선 확산 정도의 차이를 확인 할 수 있었다 이러한 확산도의 차이에 따라. 터빈이 흡수한 에너지량이 차이 남을 확인 할 수 있었다.

효과에 대한 원형실린더 주위 유동의 폐쇄효과에서 일 때 양력계수

Blockage ε=0.33

는 136%, 항력계수는 82%로 ε=0.1일때에 비해 급격하게 증가하는 양상을 보인다. 또한 cockrell에 의하면 풍동실험시 실험 모형의 크기는 전체 실험 경계의 5%정도를 차지하게 되면 폐쇄 효과가 실험에 작용하는 영향을 미미하다고 하였다, [7]. 이러한 영 향을 확인하기 위해 ε = 0.1,와 ε = 0.05 두 경우를 비교하였다.

의 해석 결과를 비교하였을 때 유사한 효율 분포를 확인 할 수 있었으며

Fig.24 , ε

이하 일 경우 계측부의 벽면효과는 무시할 수 있을 만큼 미미한 영향을 보인다

=0.1 .

이는 cockrell의 논문 결과와 같은 결론을 도출 할 수 있었다.

Fig. 24 Comparison blockage ratio ε = 0.05 between ε = 0.10

다음은 ε=0.1,0.13,0.25,0.5 총 4개의 Case에 대하여 계산을 수행하였다 수행결과 터빈. 의 동력 특성은 fig. 25와 같게 나타났다. ε이 증가 할수록 터빈의 효율은 증가하는 것으 로 판단되며 이는, λ가 클수록 효율의 증가 폭이 더 크게 나타났다 이는 제한 수로가. 없을 경우 λ가 크면 실속 각 보다 낮은 α에서의 양력이 증가되었기 때문이라고 생각된 다 또한. fig. 26에서 보이는 바와 같이 가 큰 경우에서의 유선의 기울기가 가 낮은 경ε ε 우 보다 크게 나타나는 것을 확인 하였다 이는 터빈이 흡수하는 조류에너지가 더 크기. 때문이라고 생각할 수 있다.

Fig. 25 Power coefficient with blockage effect

(a) =0.5ε (b) =0.1ε fig.26 Streamline with blockage effect

결과 검토 3.3.4

위와 같이 폐쇄율에 대한 효율 변화를 확인 할 수 있었으며 폐쇄율이 증가함에 따라, 효율이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다 제한 수로에 의한 영향은. λ에 비례하는 것 을 확인 하였다 이러한 효율 증가에는 터빈의. 3 차원성을 고려하지 않은 2차원의 영 향만을 고려하였으며 실제와는 다소 차이를 보일 것이라 생각이 된다 다만 수직축 풍, . 력 터빈의 경우 B의 위치에 덕트를 설치하는 것이 일반적이기 때문에 덕트의 위치 간, 격 등을 선정할 때 충분한 기초자료로 사용이 가능 할 것이라 생각한다 물론 덕트에. 대한 영향을 확인하기 위해서는 덕트의 형상과 터빈이 절대적으로 필요할 것이다.

날개 수 코드 길이 변화의 영향 3.4. ,

개요 3.4.1

날개 수 코드 길이에 대한 변화로 인해, σ의 변화가 생기며 이러한, σ의 변화는 동력 특성에 변화를 가져오게 된다 풍력터빈에 경우에서는 동일 직경 동일 날개 수에서 코. , 드 길이 의 변화에 따른 σ 변화를 Fig. 27과 같이 확인 하였으며 이 경우 동력 특성, 곡선의 최대값이 높은 λ로 후퇴하는 것을 확인 하였으며, C_P 최대 값은 일정한 곡선을 나타냄을 확인 하였다.

Fig. 27 The effect of solidity on CP(Re=3.0×10⁶)[8]

이러한 날개 수 코드 길이 영향은 식, (3)과 같이 σ(solidity)로 무차원 시켜서 나타날 수 있다.

  

 or 

 (3)

계산 조건 3.4.2

날개 수가 터빈의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 날개 수는 조류발전 터빈에 잘 사용되는 날개 수 3,4개에 대하여 비교하였으며 이때 직경 코드길이 유입 유속등은, , , 동일하게 결정하여 계산을 수행하였다 계산조건은. Table. 8과 같으며 날개 단면은, NACA 653-018 단면을 사용하였다.

Table. 8 Analysis condition

Re Z D TSR V w C

3,992,509

3

5

1.5 5.000

3.000 0.445

3,714,073 2 3.750

3,577,869 2.5 3.000

3,501,662 3 2.500

3,454,899 3.5 2.143

3,424,206 4 1.875

3,403,004 4.5 1.667

3,992,509

4

1.5 5.000

3,714,073 2 3.750

3,577,869 2.5 3.000

3,501,662 3 2.500

3,454,899 3.5 2.143

3,424,206 4 1.875

3,403,004 4.5 1.667

코드길이에 대한 영향을 확인하기 위해 날개 수(Z) 3 ,개 직경 5m 동일 유속에 대하여 계산을 수행하였으며 유속과 직경에 대한 영향을 확인하였을 때 변화율이 적었던 직, 경에서 계산을 수행하였다 계산 조건은. Table.9와 같다.

Table. 9 Analysis condition

case Re D

(m) TSR V

(m/s) w

(rad/s) C (m) 1 3,287,948

5

1.5 5.000

3.000

0.367

2 3,058,648 2 3.750

3 2,946,480 2.5 3.000

4 2,883,721 3 2.500

5 2,845,211 3.5 2.143

6 2,819,935 4 1.875

7 2,802,473 4.5 1.667

8 3,992,509 1.5 5.000

0.445

9 3,714,073 2 3.750

10 3,577,869 2.5 3.000

11 3,501,662 3 2.500

12 3,454,899 3.5 2.143

13 3,424,206 4 1.875

14 3,403,004 4.5 1.667

15 4,697,069 1.5 5

0.52359 9

16 4,369,498 2 3.75

17 4,209,257 2.5 3

18 4,119,602 3 2.5

19 4,064,586 3.5 2.143

20 4,028,477 4 1.875

21 4,003,533 4.5 1.667

날개 수 변화 영향 3.4.3

와 같이 날개에 의해 각 터빈이 내어주는 최대

Fig. 28 CP가 차이를 보이는 것은 확인

할 수 있었다 또한 낮은. λ에서 효율은 Z=4 일 때가 Z=3보다 나은 효율을 보이는 것 을 확인 할 수 있었다 또한 날개 수에 의해 동력 곡선의 경향이 크게 차이를 보이는. 것을 확인 할 수 있었다.

Fig. 28 Effect of number of blade

또한 Fig.29와 같이 λ=2.5에서의 위상각 한주기 동안의 CP 변화양상을 확인한 결과 의 크기가 일 때가 에 비해 현저히 낮았다 따라서 설계변수 설

Torque ripple Z=4 Z=3 .

명 시 날개수의 진동관점에 대하여 설정하는 것은 타당한 것이라는 결론이 내렸다.

Fig. 29 Power coefficient during one rotation

코드 변화 영향 3.4.3

이러한 코드 길이 변화는 Fig.30과 같은 터빈의 성능의 변화를 주며 그 경향 또한 풍력 발전 수직축 터빈과 비슷한 경향을 나타냈다. σ이 감소할수록 작동 범위가 커졌 으며 계산 중간 값인, σ=0.085에서 효율이 최대로 나타났다 또한 동력곡선이 보여주. 는 최대 효율 점은 점차 후퇴하는 양상을 보였다 이는 프로펠러에서. σ와 동일한 개념 인 확장면적비가 감소할 경우 효율이 증가하는 것과는 다른 양상으로 보인다 또한 최. 대효율이 σ=0.085에서 나타나는 것을 보아 블레이드 간격에 대하여 최적의 간격이 존 재하는 것으로 파악된다 즉 블레이드의 후류에 영향을 어떻게 받게 되는지는 아직 파. 악되지 않았지만 이는 회전속도와 밀접한 관계를 가질 것이라 예상된다.

Fig. 30 The effect of solidity

결과 검토 3.4.4

위의 해석 결과토대로 해석을 수행한 결과 날개수 3,4개에서 3개의 경우 효율상에선 더 좋은 효율을 나타냄을 확인하였다 허나. Torque ripple의 크기로 인한 기진력이 구 조의 진동에 대한 문제가 될 수 있다 또한 동력곡선에서 날개 수에 의한 동력곡선의. 경향은 많은 차이를 보임을 확인 하였다 코드길이에 대하여는 터빈의 직경에 대하여. 최적의 코드길이가 존재함을 확인 할 수 있었다.

제 4 장 결 론

해석을 통해 수직축 터빈의 직경 날개 수 제한 수조 영향 등을 확인 하였다

CFD , , .

유속에 의한 영향은 Re 수로 무차원 하여 생각할 수 있으며 이러한, Re 수에 따라 효율이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다.

또한 Re=1.0×10⁶ 이후에는 Re 수가 효율에 미치는 경향은 그 보다 낮은 Re 수 영 역보다 다소 미미하다는 결론을 내렸다 이러한 영향은 낮은. Re 수에 의해 층류와 난 류 사이의 영역인 천이영역이기 때문에 효율이 급격히 감소하는 것으로 생각된다 천. 이영역의 명확한 기준은 없으나 선박의 경우 저항 시험의 경우 Re 수 3.0~4.0 ×10⁶ 이상에서 시험을 하기를 권고하고 있다 따라서 이러한 낮은. Re 영역의 터빈을 설계하 기 보다는 좀 더 큰 직경 혹은 유속에서 터빈의 설계가 필요하다.

또한 폐쇄율에 대한 효율 변화를 확인 할 수 있었으며 폐쇄율이 증가함에 따라 효율, 이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다 또한 폐쇄율에 의한 영향은. λ에 비례하며 폐쇄, 율에 의해 터빈의 효율 특성이 변화하는 것을 확인 하였다 수직축 풍력 터빈의 경우. 의 위치에 덕트를 설치하는 것이 일반적이기 때문에 덕트의 위치 간격 등을 선정할

B ,

때 충분한 기초자료로 사용이 가능 할 것이다.

날개수 3,4개에서 3개의 경우 효율에선 더 좋은 효율을 나타냄을 확인하였다 허나. 의 크기로 인한 기진력이 구조의 진동에 대한 문제가 될 수 있다 또한

Torque ripple .

동력곡선에서 날개 수에 의한 동력곡선의 경향은 많은 차이를 보임을 확인 하였다 코. 드길이에 대하여는 터빈의 직경에 대하여 최적의 코드길이가 존재함을 확인 할 수 있 었다.

위 기재한 내용을 CFD를 통해서 해석을 수행하였으며 설계인자가 어떻게 터빈의 성 능에 영향을 미치는 지를 확인하였다 즉 동력 특성에 직접적으로 영향을 미치는 것. 설계 인자는 날개수 코드길이 직경 회전속도 등이 있다 설계 외적인 인자로는 폐쇄, , , . 율이 있다 이러한 영향들을 충분히 고려하여 수직축 터빈의 설계에 도움이 되었으면. 하는 바이다.

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