중저레이놀즈수에서 풍력날개 익형 특성 연구

Abstract

에너지 자립섬, 스마트그리드 등 오프그리드 전원의 필요성이 증대되고 있어 이러한 수요에 부응하는 중소형 풍력발전기의 개발이 요구되고 있다. 중소형 풍력발전기 개발에 있어 풍력날개의 특성은 대형풍력발전기 날개와 달리 낮은 레이놀즈수의 영역에서 운전된다. 항공기 날개 등에 채용되는 NACA 계열의 익형들은 보통 3x106의 레이놀즈수에서 개발되어서 중소형풍력발전기 날개가 운전되는 중저레이놀즈수에서 적합하지 않은 익형들이 많아 NACA계열 익형들을 채용함에 있어 주의가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 100kw급 풍력발전기 날개에 적용하기 위한 목적으로 NACA계열, DU계열, S계열 등 다양한 익형의 중저레이놀즈수에서 특성을 연구하였다. 이로 부터 10 미터급 날개에 최적인 익형을 선정하여 풍력날개에 적용함으로써 고효율 플랜폼을 개발하고자 한다. 특히, 저레이놀즈수에서 양향비가 급격히 감소하는 천이 영역이 존재하므로 대상 익형의 형상에 따른 공력 특성과 레이놀즈수에 의한 성능 및 효율의 변화를 연구하였다. 아울러, 연구 대상 익형들에 대하여 Laminar separation bubble과 Leading edge vortex의 영향도를 평가하였으며, 레이놀즈수의 변화에 따른 양력, 항력, 양항비 등 공력 특성을 비교 분석하였다. 연구방법으로는 날개의 공력특성을 연구하기 위하여 Xfoil을 사용하였으며, 10 미터급 풍력날개 개발을 위한 최적 익형을 제안하였다.