각 모델들의 발전특성을 비교하기 위해 Blade 모델별(A형, S형, SE형) 블레이드 및 S형 블레이드를 각도별(50゜,55゜,60゜)로 분류 하여 비교 실험을 시행하였다. 2knots, 1.5knots 및 1.35knots 각 각의 유속에서 부하를 단계적으로 높이면서 이때 변하는 회전수 및 발생하는 전력량을 기록하여 비교하였으며, 그 결과는 Fig 4.5 ∼ 4.7과 같이 나타났다.
2knots의 유속에서 세 가지 블레이드 모델(A형, S형, SE형)의 출 력을 비교해 보면 Fig 4.5에 나타난 것과 같이 SE형, S형, A형 블 레이드 순으로 높은 출력을 나타냈다. SE형 블레이드가 가장 높은 평균 전력을 발생하였으나, 부하가 증가될수록 발생되는 전력량이 전 모델이 비례적으로 감소하였으며 160(Ohm)이상에서는 전력량이 현저히 감소되었다.
1.5knots의 유속에서는 Fig 4.6에서 보여지 듯 SE형과 S형 블레 이드가 비슷하게 평균전력을 발생하였으며, 부하가 증가될수록 발 생되는 전력량이 전 모델이 비례적으로 감소하였으며 120(Ohm)이상 에서는 전력량이 현저히 감소되었다.
1.35knots의 유속에서는 Fig 4.7과 같이 S형, SE형, A형 블레이 드 순으로 평균 전력량을 발생하여 낮은 유속에서는 S형 블레이드 가 SE형 블레이드에 비해 오히려 높은 평균전력을 발생하는 것을 확인하였다. 부하가 증가될수록 발생되는 전력량이 전 모델이 비례
적으로 감소하였으며 200(Ohm)이상에서 SE형, A형 블레이드는 거의 전력을 발생하지 못했다.
유속 별로 전력량 측정결과 빠른 유속에서는 SE형 블레이드가 유 속에 저항을 작게 받아 높은 전력을 발생하지만, 저속에서는 SE형 블레이드가 저항을 크게 받고 오히려 S형 블레이드가 저항을 적게 받아 출력이 높게 발생되는 것을 확인하였다.
또한 같은 모델(S형) 블레이드를 각도별(50゜,55゜,60゜)로 비교 해보면 Fig 4.5 ∼ 4.7에 나타나듯이 S65형 블레이드가 전 유속에 서 S55, S50형 블레이드 보다 높은 전력량이 발생되어 각도가 큰 것이 높은 전력을 발생한다는 것을 알 수 있었다.
Fig. 4.4 Watt profiles(2knots)
Fig. 4.5 Watt profiles(1.5knots)
Fig. 4.6 Watt profiles(1.35knots)
각 Blade 모델별(A형, S형, SE형)로 유속에 따른 회전수를 아래 와 같이 분석 고찰하였다.
2knots의 유속에서 회전수는 Fig 4.8에 나타나듯 저부하시 SE형, S형, A형 블레이드 순으로 회전수가 높게 유지되었다. SE형 블레이 드가 가장 높은 회전수를 나타내며 부하를 증가시킬수록 회전수 감 소율이 비슷하게 유지되다가 부하 240(Ohm)이상에서는 회전수가 급 격히 줄어들었다.
1.5knots의 유속에서 회전수는 Fig 4.9와 같이 저부하시 SE형과 S형 블레이드가 비슷하게 회전수를 유지하고 있으며 부하별 회전수 감소율도 비슷하게 유지하였으며 부하 240(Ohm) 이상에서는 회전수 가 급격히 줄어들었다.
1.35knots의 유속에서 회전수는 Fig 4.10과 같이 저부하시 S형, SE형, A형 블레이드 순으로 나타나 낮은 유속에서는 S형 블레이드 가 오히려 높은 회전수를 나타냈다. 부하별로 회전수 감소율도 비 슷하게 유지하다가 부하 200(Ohm) 이상에서는 SE형, A형 블레이드 는 회전수가 급격히 감소함을 보인 반면 S형 블레이드는 240(Ohm) 이상 회전수를 유지한 후 감소하였다.
유속별로 형상에 따라 회전수가 달라지고 일정 부하 이상에서는 급격히 회전수 감소하는 현상이 발생되었으며, 이는 블레이드 형상 에 따른 유체저항으로 회전수가 달라지는 것이다. 전력생산량은 회 전수에 비례하므로 유속에 따른 형상 및 각도의 선택이 중요하다.
향후 블레이드 선정시 시간차에 따라 이용할 수 있는 조류의 속 도를 정확히 측정하여 적합한 블레이드 형상과 각도의 선정이 필요 함을 알아낼 수 있었다.
Fig. 4.7 Rpm characteristics based on shape(2knots)
Fig. 4.8 Rpm characteristics based on shape(1.5knots)
Fig. 4.9 Rpm characteristics based on shape(1.35knots)
위의 실험을 통하여 획득한 데이터 값을 바탕으로 아래의 식 (4.1)을 이용하여 효율을 계산하였다.
(4.1)
TSR(λ) = Velocity of blade tip
Free stream velocity (4.2)
식(4.1)의 효율(η: Power Coefficient)은 유속에 따른 블레이드 의 효율을 나타내고 식(4.2)의 TSR(Tip speed ratio)은 유속에 따 른 블레이드의 회전 속도 비를 나타낸다.
실험은 유속 2knots와 1.5knots에서 각 블레이드를 형상별(A50, S50, S55, S65)로 실험하였으며 부하를 3단계(고, 중, 저)로 나누 어 부가하여 발생한 출력을 기준으로 효율(η)과 TSR을 구하여 비 교하였다. 이때 효율(η)과 TSR의 상관관계를 Fig 4.11∼Fig 4.14 로 나타낼 수 있었으며 다음과 같이 고찰되었다.
A50형 블레이드는 Fig 4.11의 그래프에서 나타내듯이 2knots 유 속에서는 저부하시 2%의 효율이지만 중부하 일 때 TSR 값이 약 8로 이때 효율이 약 10%정도로 가장 높게 나타났으나, 부하가 증가 될 수록 효율이 7%로 낮아져 부하에 따른 효율 편차가 가장 크게 나타 났다. 1.5knots 유속에서는 저 부하일 때 TSR값이 약 10에서 2%의 효율을 나타냈으나 부하가 증가 될수록 4%까지 효율이 증가하였다.
S50형 블레이드는 Fig 4.12의 그래프에서 나타낸 것과 같이 2knots
Fig. 4.10 A50 Variation of η with TSR (1.5~2knots)
Fig. 4.11 S50 Variation of η with TSR (1.5~2knots)
Fig. 4.12 S55 Variation of η with TSR (1.5~2knots)
Fig. 4.13 S65 Variation of η with TSR (1.5~2knots)