Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive   S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   12 ,  No.   1 M a r 202 1 , p p.  51 1 ~ 5 19   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 1 . pp 51 1 - 5 19          511       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Effect of  blade pi tch angl e on t he aer odyn amic c haracterist ics of  a twist ed blade h or i zontal  axis win d turbin e based  on num eric al  simulati ons       Rajendr a R oul , Awadhesh   Kum ar   Depa rtment  o C ivi l Engi n ee ring ,   Nati on al Insti tu t of Te chnol ogy   Rourkel a ,   Rourk el a ,   Ind ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   2 7 , 20 20   Re vised  Jan   2 2 , 20 21   Accepte Fe b   4 , 2 0 21       The   pre sen work  inc lud es  stu dy  of  the   im p act   of  var ying  pi tc h   angl es  and   angul ar   v el oc it y   on   th e   per for m anc e   p arame t ers  of   a   ho riz on ta l   ax is  wind   turbi ne  using  c omput ationa fl uid  dynam i cs.   Simul ations  hav bee ma d using  com m erci al   Ans ys  15  software .   Seven  p it ch  angles  are  chose for   study,  i. e . ,   0 ° 5 ° ,   10 ° ,   15 ° ,   20 ° ,   2 5 ° ,   and  28 °,   and  two  angu la r   velocit y   va lues   of  1. 57  r ad/ se c   and  2 . 22  rad /sec   are   used   for   simul a ti on .   Th turbulenc e   mode used   is  shea stress  trans port  (SS T)  K - ω.   de ta i le study  of  the   infl uen ce  of   pitch  angl e   on   th ae rodyn am i c   ch aracteristics  o th wind   turbi ne  is  highli ghte d.   Perform a nce   p ara m eters  l ike   torqu and  power  have  bee found   to  e xhibi r andom   v ari ab il i ty  with   cha nge   in  wind   vel oc it and  pit ch   angle.  Th ver ifica t ion  of   c omput ationa f lu id  dyna mi cs   (CFD with  the   sta ndar d   em p iric al  formula   is  h i ghli ghte d .   Th b est  pi tc h   ang le  i note d   for   the   b est  power   c oef ficien t .   Ke yw or d s :   Com pu ta ti onal  f lui d dynamic s   pitch a ng le   Win d powe r     Win tu r bin bl ade       This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Ra je nd ra  Ro ul    Dep a rtme nt of  Ci vil Eng i neer i ng,   Nati on al   I ns ti tute o Tec hnol ogy, Ro urkela   Pin - 7690 08, O dish a , In dia   Emai l:  r aj en draroulnit @ gm ai l.com       1.   INTROD U CTION   The   us e   a nd  s upply  of  fo s sil   f uels   ha ve   be en  decli ni ng  over   the   la st  te yea rs   du e   to   t heir   ad ve rse  eff ect on  t he  e nv i ronme nt, w hich  in t urn  rai ses the d e man d for  re new a ble  energ sou rces  [ 1]. Su ppor f or  t he   us of  ren e wa ble  e nergy  s ources  has   bee enh a nce d,  not  by  im prov i ng  powe e ff ic ie nc y,  but  by  mai ntainin the  cl imat ta r get  crit eria  [2]  and  th us   i ncr ea sing  the  de penden c of  the   re new a ble  e nerg s ource  as  me an s   of   mit igati ng  t he  tra diti on al   way   of   ge ner at ing   e nerg on  the  en vir onme nt Ele ct rici ty  is  no on l an  es sentia l   factor  for  hum an  so ci et y's   grow t a nd  a dva nceme nt  but  al so  pla ys   a   c ruci al   ro le   in   ec onom ic   an product   pro du ct io in  t he  in du st rial   sect or   [ 3].  Be cau se  of   t hat,  pow er  sho uld   be  avail able  to  an corner  of   t he  planet .   On wa of   ge ner at in el ect ri ci ty  is  to  use   wind  as  s our ce  of  re new a bl energ a nd   use   it   throu gh  a   wind  tur bin e   that   ca c onve rt   the   ki netic   ene r gy  i t he   wi nd  int mea ningf ul  e le ct rici ty  [ 4].  Anothe r   wa i to   us e   the  ph otovo lt ai cel l,  w her e   the  producti on  of   powe is  ca r ried  out  by  c onve rtin the   sol ar  ra diati on   t hro ugh  the  photo el ect rical   ef fect  process.   Des pite  the   m or e   ou t sta nd i ng  performa nce  a nd  c os t - e ff ect ive ne ss  of   phot ov oltai pa nel  te ch nolo gy,  t he  us e   of  wind  powe ha inc reased   in   rece nt  year s In  20 17,  for  e xam ple,   34% o f  w in tur bin e  g r ow t h was   obse rv e in Europe   in   c ompa rison  t 20 16   [5]. Win t urbine   te ch nology   ha s   become  popula fiel of  re search   beca us e   of  increa sin dema nd.  T he  us a ge  of  wind   tur bin es  is  no on l fu lfil li ng   t he  ne ed  of  the  e ne rgy  in dustry  but  al so   bec ome an  imp ort ant  area  of  res earchi ng   t he  va rio us   academic   fiel d N ow a da ys   re searche rs  a re  f ocusi ng  on  de velo ping  micr wi nd  tur bine instal le in  va rio us   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   5 11     5 19   512   app li cat io ns   li ke  i bicycle  as  portable  c harger   [ 6],  i n - home,   an buil din as  a   s ource  of  el ect rici ty  [ 7].   Var i ou s   c on tr ol  te ch niques   ha ve  bee c onduct ed   to  i ncr e ase   power  eff ic ie ncy  [ 8 ] - [ 17]   an m on it o r   aero el ast ic it s tructu ral  dama ge  [ 18 ] [ 19 ].   Also man res earch  project hav fo c us e on  intensi fy i ng   t he  us e   of   wind  tur bi nes  in  tu rbu le nce  en vir onment  an bec ause  of  this,  c ompu ta ti onal   te chn i qu e ha ve   been  ut il iz ed  in  wi nd  po wer   pro du ct ion   platfo rm  that  involves   s ign ific a nt  rese arch   a reas  s uc as  mic ro - loc at ion s,   wind  sim ulati on,  f or eca sti ng,  an bla de  opti miza ti on   [20 ].   Fe re searc her ha ve  use the  Bl ade  el ement   method   (BE M)  c ode   in   wi nd  tu rb i ne   ap plica ti on s   to   op e ra te   to   it m axi mu m   powe r   c oeffici ents  [ 21].  T hey   fou nd  an   ideal   ro ta ti onal   spe e that  pro vid es   opti mal  pow er   f or   a   s pecified   streaml ini ng  s peed.  In  ad diti on  to   it an  update BEM  the ory  ha al so   bee us ed  to  sim ulate   forces  on  la r ge - scal wind  tu r b ines  to  si mu la te   the  dynamic  mode l.  It  has   bee f ound  that  t his  dynamic  mode was  m os a ppr opriat f or  e ng i neer i ng  pur po s es  [22].  D ue  t t he   rise   in   de ma nd  for  BE it a pp li cat ion  i inc rease fro desig ning   horizo ntal  a xis   wi nd  tur bin e   bla de   to  de velo pi ng   a   mat hemati cal   model  [23 ].  H ow e ve r,  the   B EM  met hod  fa il ed  to   sim ulate   the   whole  flo fiel d.   Due  to   this  dr a wback   of  the  B EM  method,   se veral   inv est igat ors  ha ve  e m ployed   the   com pu ta ti onal   fluid  dy nami cs  (CF D)   te c hniq ue  in  mode li ng   the  Nati onal   Re ne wab le   E ne rgy  La bo ratory  (N REL )   tu rb i ne by  s olv i ng  Nav ie stoc ks  equ at io ns  [24 ] - [ 26].  T he   wi nd  t urbine   is   c ompose of  va rio us   par ts   li ke   bla de s,  t ow e r,  gea rbo x,  ge ne rato r,  co ntr oller   a nd  man m ore  thi ng s   a nd  e very   pa rt  ha ve   their   importa nce   but   amo ng  al othe pa rts,   bla de  plays   an   im por ta nt  r ole  in   det ermini ng  the   e ff ic ie nc of  th wind   tur bin e.  S o,   f or  an  ef fici ent  wi nd   t urbine study o t he  bla de  is  necessa r to  get  the  opti mu m r es ults,  and  f or   this,  the  idea of  twist   an gle  a nd  p it ch  a ngle   is  necessar y.   R esea rch e rs  us e the u n - twist e bla de  to g et   the  be st   ang le   of  at ta ck   by   c onduct ing  se ver al   simula ti on s   f or  var i ous   wi nd  s pee ds.  T he   te st  par a mete rs   inclu de five - pitch  an gles  a nd   fou wind  sp ee ds T he  re su lt obta ined  from  the  CF D   An al ys is  we r com par e w it t he  exp e rime ntal  r esults  from   the   NRE [27 ].  M ore ov e r,  fe w   aut hors   al so  ha ve  e xa mine NREL   P hase  VI  small - siz ed  wi nd  tu r bin es  f or   c omp reh e ndin their   aerod ynamic   beh a vior  us in the  CF te ch nique.  To  exec ute  th e   analysis,   the consi der e fi ve   wi nd  s peeds  and   a   co ns ta nt  pitch  a ngle   a nd  for   m od el in tur bule nce t he   S hear   stress  t ran s port   ( SST k - w   m odel   was   co ns i de red.  The f ou nd  th sta ll   at   the  bla de  r oo t   a m/s   [ 28] S om of  the  resea rc her s   al so  use co de  cal le CFD  Sh i p - Iow 4.5,  w hic i dy namic  a nd  us es   the   pro pe rty  of  incomp ressible   to  chec the   pe rformance  pa rameter  of  NR EL  phase  VI.  Using  these   co de  tw ob je ct ives  of   the  NRE phase  V wind  t urbine   are   co mp le te d.  On e   is  perf or mi ng  analysis  by  fixing  pitch  a ng le   an varyin wind  s peed  an the  s econd  is   pe rfo r ming  an al ys is  by  fi xing  wind   sp ee a nd  varyin pitch  a ngle I bo t the  ca se,  ro t or   ro ta ti onal   sp ee ha be e ta ke as  7.5 rad /se c He re  detache e ddy  simulat ion   has   bee us e as  a   tu rbulence  model.   The   ex per i me ntal  res ults  va li dated  va rio us  pe rform ance   par a mete rs,  suc as   powe r,  t hrust, a nd press ur e  varia ti on s a r ound the  airf oil [ 29]   As  prop e m onit or i ng   of  th blade  pitch   mecha nism  i require d,   t he re  ha ve  al s been  fe su ggest io ns   for  minimi zi ng  wear   in  t he  wi nd   t urbine  pitch  dri ve  [ 30] Also seve ral  value lo gics  su c as   fu zz lo gic  is  util iz ed  and   op ti miza ti on   pro cesses  su c as  gen et ic   al gorit hm s meta - heuresti c,  cuc koo  search   al gorithm   a nd  Pa rtic le   S wa rm   O ptimi zat ion  (P S O)  ha ve   bee use to   m onit or  the  pitch   an gl by   accomm odat in nonlinea ri ty,   wh ic furthe l eads  t sta bili ty  i t he  wind   tur bin e   s ys te m   by  re duci ng  ch arg i ng  eff ect on   wi nd   t urbine  bla de   [31 ] - [ 40] .   He nce  f r om   the  previ ou li te rat ure,  it   is  cl ear  th at   pitch  an gle  plays   vital   ro le   in  determi ning  th wind  tur bin e   performa nce.   So ,   t he  pur pos of   this  resear ch  is  to  exa mine  th e   influ e nce  of   pitch  a ng le   on   the  pe rformanc facto of  the  horizo ntal  axis   wind  tu rb i ne  blade  by  co ns i der i ng   diff e re nt  pitch  an gles   an ro ta ti on al   s peed  at  d iffe re nt  wi nd sp ee ds . Th is re search   can   gi ve   t he  researc he da ta  to  desi gn  an op ti mize   the   bl ade  ef fecti vel by  ide ntify i ng  the  opti mal  pitch  a ngle   f or   t he  c orres pondin sp ee d.   F or  the  numerical   sim ulati on   of  the  wind  tu rb i ne,   aerod yn a mic  a nalysis  for  different  pitch  a ngle   an d   wind s pee d wa s car ried  out us ing  t he Ansys   Fluen 15 CF D  simulat io n [41 ].   The n ov el ty  of  this pa per is  de scribe as  foll ows:     In  the  pr e vious  li te ratur e, eit he lowe r - fideli ty m od el in or  a few   pitch angle values  were i nv est igate f or   it impact  on H A WT   ef fici ency. To  bette r  u nde rstan t he  eff ect ive ness   of p it ch  an gle on  t urbine   out put  it   is  necessar to   con si der   more   pitch  an gles,  a resu lt c omplet unde rst and i ng   of  tur bi ne  pe rfo rma nc is  la cking  wit the  i nvolv e ment  of   few  pitch  a ng le s.   The  pr ese nt  re search   is  co m plementa ry   to   the  existi ng kn ow l edg e  by usi ng  highly  preci se  CFD me asu re ments a nd the   associat ion o f mo re  pitch a ngle s.     The  w orkin conditi ons  e xa mined  incl ud e   seve n - pitch   a ng le s tw dif fer e nt  r otati on al   sp ee ds ,   a nd   seve nteen   dif fe ren t win s pee ds .   I previ ous   li te ratur e,   this  k in of w or king  e nviro nme nt  w as not use t o   pro vid e a  m or e  co m prehe ns iv e v ie w  of  how   the aer odynam ic  eff ic ie nc y v aries at  the  n e xt  p it ch  a ng le s .   This  pa per  is  orga nized  a f ollows:   Sect io re pr ese nts   met hodolo gy,  w hich   co m pr ise s   th ree - com p one nt,  i.e .,  wind  tu rb i ne   model,  domai a nd  mes hing an phys ic s   s et up .   Sect io pr e sents  res ults  an discuss i ons  fo l lowe d by the c on cl us io i se ct ion   4.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   D ri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  o f bla de pit ch angle  on  the a e rody nam ic  ch aract eri sti cs o tw ist ed bla de    ( R ajend r a Ro ul )   513   2.   METHO D     The   meth od   is   div ide int t hree  par ts first   is  the   sel ect ion  of   ai rfoil   a nd  blade   de sig f or  the   wind  tur bin e.   Sec on is   the   f ormat ion  of  c omp utati on al   domain   an mes hing,   and  the   fi nal  is   the   sel ect ion  of  the   al gorithm  f or   phys ic s  setu p.      2.1.   Wind turbi ne   mod el   Figu re  1( a dis plays  t he  wi nd  tur bin m odel   consi der e in   this  arti cl e.  Th three - dime nsi on al   wi nd   tur bin blade  i co ns tr ucted  with  the  ge ome tric al   par amet ers  s uggeste in  the  re port  [ 42] T his  bla de  inclu de s   t yp e   of  ai rfoi ls   that  a re  mou nted   f rom  root   to  ti s how i Fig ur e   1(b ).  The  bla de  a nd  ro t or  pa ramete rs  a re  def i ned  in  T ab le   1.   For  a e f fecti ve  desig of  the  wind  t urbine  r oto r it   is   man dato r to   know  the   str uc tural  and  aer odyna mic  re qu ire me nts.  F r om   a a erod yn a mic  sta n dp oin t,  a   thi ai r fo il   m us be  pr e ferred   to  get  a   higher   li ft.   F rom  a   str uctu ral   po i nt  of  view dense  ai rfoil mu st   be   c hose f or  high   rigi di ty,  a nd  fail ure du e   t bendin must   be  el imi nate d.   In   t he  desig proces s,  me et in these   tw r e qu i reme nts  is  of   utm os im porta nce.  To  sat isfy  bot ae rod yn a mic   an struct ur al   de man ds ,   var i ou s   ai r fo il m us be  mou nted  at   a   se par at e   sect ion  of   the  blade A   thick  ai rfoil   is  us ed  on  the  r oot  of   t his  pa pe an thin  ai r fo il   on  the  ti sect ion   is  mou nted.  This  a rtic le   ta ke one  mete a dd it io nally  t s how  t he  blade   at ta ched   t a   hub  an co mp e ns at es  for  t he  blade   root  by 1 mete r  f r om t he r otati on ax is . T his  pa per d oes n ot involve  the  hub.         (a)     (b)     Figure  1. (a ) 3 D win tu r bin e  b la de , (b ) NR EL airf oils        Table  1.   Im por ta nt sp eci ficat i on s  of t he win tu r bin e   Im p o rtant f acto rs   v alu e   Un it   Po wer   1 .5   MW   Nu m b er  o f  blad es  NB   3   No t App licab le   Ro to Rad iu s R   4 3 .25   Metr e   Ro tatio n al velo cities   1 .57 ,2.2 2   rad/s ec   Pitch  ang le   0 ,5,1 0 ,15 ,20 ,2 5 ,28   Deg ree   Velo cities   8 ,9,1 0 ,11 ,12 ,1 3 ,14, 1 5 ,16 ,17 ,18 ,1 9 ,20, 2 1 ,22 ,23 ,24   m /s       2.2.   Do m ain  and  meshing   The  model  will   us per i odic it bo unda r c onditi on.  ANSY bu il ds  eq uatio ns   th at   make  t he   so luti on  on  t he   0°  a nd  120°  pl anes  e qual W hen  the   re su lt s   are   ex pa nd e d,  the  240°  plan will   hav e   the   same   values   as  the     a nd  120°  pl anes.   The   val ue on  t he  60°  pla ne  will   be  t he  sa me  as  t he   value on  the   180°  plane  a fter  t he   res ults  are  e xpan de d.   T he  width  bet ween  the  dom ai in le and   outl et   is  270  m.  The   global  or i gin   is  place in  the  mi dd le   of   the  blade  root  w hen   c onstr ucting  t he  dom ai n.   The  distan ce  from  the  blad t the v el oc it inl et  an t he  pres su re  outl et  is sh ow in  Fi gure   2.  T he uppe portio n of  t he  c ompu ta ti onal  domain   is  co ns ide red  as  to velocit an is   gi ve t he  sa me  i nput   as  i nlet  vel oc it y.   T he  ra diu s   at   inlet   a nd  outl et   ta ken  as  120°  degree  an 24 0°  de gr e e.  Th co mputat iona domain   a nd  bo undary   co ndit ion s   f or  the   wi nd   tur bin m odel   are  de picte i Fig ur 2.   This   pa per   us es  str uctu red   gri ds   wh ic are   sym bo li zed   by  te tr ahedral  el ements  i 3D.   Th us,   t he  mesh   of   the   fl uid  domai refl ect te trahedr al   form as   see i Fig ur e   3.  Also ,   the   pr ismat ic   in flat ion   la ye is  add e f or  outw ard   flo to  tra the  bounda r la ye on  an  entit y.   T he  sphere  of   influ e nce  was  us e with  a   ra diu of  30  a nd   a el eme nt  siz of   2m   t e sta blish  f ur t her  pr eci si on   al ong  th e   ci rcu m fer e nce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   5 11     5 19   514       Figure  2 .   Com pu ta ti onal   dom ai with  bo unda ry  conditi ons       Figure  3 .   M e sh o the  comp ut at ion al  do main       2.3.   Physi cs set up   In  this   pap e r,   pr ess ure - bas ed  ste ad y - sta te   CFD  simulat ion   has  been   pe rformed The   turbulence   model  use f or  this  stu dy  is k - om e ga  S ST.   I so l ution  meth od s , p res sure - ve locit c ouplin was  im pleme nted,   and  al go rithms   use to   cal cu la te   gr a dients   and  pr es sur a re  t he  le ast - squares   cel l - base al gorithm   a nd  t he   sta nd a rd  al go rithm.   Mo reove r f or  e valuati ng  t he  moment um  eq uatio s econd - orde r   upwi nd  al go rith a nd  for  tu rbulent  kin et ic   ene rgy an s pecific   dissipati on  ra te   first - order   upwind  al gorithm  wer ta ke n.   T he   resid uals are  m on it ore to  15 00 it erati on to  r e ach th e  con vergen ce .       3.   RESU LT S   A ND D I SCUS S ION S   3.1.   Estima tion   of  to r que    As   the   bla de  i gen e rall des ign e f or  ma ny  pitches   a nd  wind  velocit ie s,  t he  opti mum  pitch   an gle   will   be  act ivate to  a aut oma te co ntr ol  mecha nism  f or   par ti cular  w ind   velocit to   gen e rate  ma xi mu tor qu e T orq ue   ge nerat ion  by   the   bla de  not  only   dep e nds   on   the  vel ocity  of  inc om i ng  ai rf l ow,  but  i al so  dep e nds   on  t he   rate   of  c ha ng e   of  mome ntu m as   the   f rontal   area  c ha ng es   f or  di ff e ren t   pit ches,   w hic i resu lt   giv es   the   m od i fied  rate  of  fl ow  a nd  le ad to   tor que  ge ner at ion .   H ere   Fig ure  (a)  an Figure  4(b )   s ho ws  t hat  wh e the   pitch   an gle  25 °   an 28 °   ar co ns ide re d,  a nd  the   fl ow  ve locit var ie s   f r om  m/s   to  24  m/s,  t orq ue   decr ease mon otonica ll y.  I con t rast  to   othe pitch   an gles   init ia ll it   f al ls  a nd  the inc r eases.  The   ma ximum   tor qu obta ine is  co rr e spo ndin g   to  28 °   pi tc an gle  f or   wind  velocit of  m/s.  From  Fi gure  4( a)  an Figure  4(b ),   it   has  bee ob se r ved  that  as   the  ro ta ti onal   vel oc it increa ses,  tor qu e   ge nerat ion  by  a   wi nd  tur bin e   rises  c orres pondin t al pitches  a nd  wind  velocit ie s.  It  is   to  be   note w hen  ω= 1.5 ra d/sec  a nd  pitch   an gle    is  c onside red  for  t he  a nal ys is,  t he  g ra ph  of   to rque   sho ws   an  i ncr easi ng  t rend.   But,   wh e ω=2 .22   ra d/s ec  and  a   pitch  a ngle   0°  is   co ns i der e the re  is   fall   i tor que   val ue   w he ve locit c ha ng e f r om  8m/ t 10   m/s,   and after  that,  it  r ise with a i ncr ease  in win s pee d.         (a)     (b)     Figure   T orq ue  v a riat ion  c ur ve  at   diff e re nt  pitch a ng le  for  (a)   ω =  1.5 7 ra d/sec,  (b) ω =  2.22 ra d/sec       3.2.   Estima tion   of  power   The  numerical   powe can  be  easi ly  cal culat ed  usi ng  the  f ol lowing  eq uati on   a fter  the  t orqu value  is   receive f r om  t he  CF sim ula ti on .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   D ri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  o f bla de pit ch angle  on  the a e rody nam ic  ch aract eri sti cs o tw ist ed bla de    ( R ajend r a Ro ul )   515   = ×     (1)       wh e re ,       =       (  )     =      ( )     =         (  /  )   The  var ia ti on  of   t he  powe c urve  s how i Fig ur 5(a)  a nd  Fig ur e   5( b)  is  the  sa me  as   Fig ur 4(a)   and   Fig ur 4(b ).   Her in   Fig ur 5( a ),   pitch   ang le   25 °   an 28 °   sho ws  the   decr easi ng  tre nd,  an it   ha ppen in   su c a w a tha t fr om vel ocity  8  m/s to  16 m/ s,  the curve sh ow flat  f al l, but after  16  m/s ,  it  d ecreased s harply But  in   Fig ur e   5(b ),  w he t he  blade   is  gi ven  p it ch  a ng le   25 °   an 28 ° ,   the  c urve  s hows   flat   dec reme nt   consi ste ntly  irr especti ve  of   w ind   s pee d.   I bo t the  a bove   cases,  des pit the  dec reasing   tr en d,   it   ha bee ob s er ved that  powe is c om in to  be  more   th an  e xp ect e f or 25 °   a nd   28 °   pi tc an gles,  w hich  are  m or e t ha the   rated  p ower  ou tpu val ue  sho wn   i ta ble  1,  it   is  sh ow i ng   be cause  los ses  li ke  mecha nical   losses,  ro t or   c on t ro sy ste m   losses pitch  c ontr ol  mecha nism   los ses,  gear  &   s ha ft  losse s,  et c.  are  no t   co ns i de red  w hile  performin the  sim ulati on s Th va riat ion of  p it ch   an gl e 2 5 °   a nd p it ch  a ng le  28 °   is  s hown  in  Fig ur (a)   a nd  the   va ri at ion  of   pitch  a ngle   20 °   s how in  F igure  5( b)   rese mb le eac oth er T he  rea son  beh i nd  the  va riat ion   i the  powe r   curve is  due to   sta ll  p he nomen a.         (a)     (b)     Figure  5 Po we var ia ti on c urve at  diff e re nt  pitch a ng le  for  (a)   ω =  1.5 7 ra d/sec,  (b) ω =  2.22 ra d/sec       3.3.   Estima tion   of  power c oeffici ent (C P )   The p ow e c oe ff ic ie nt ca n be  cal culat ed usin ( 2 )   giv e n below.     = × 0 . 5  3     (2)     wh e re      =        =      (  )     =           =               =       ( / )   The  power  coe ff ic ie nt  is  a e ssentia non - di mensi on al   par a mete in  deter minin the  pe r forma nce  of  wind  tur bin e The  powe coeffic ie nt  cu rve  is  sh own  i Figure  6(a)  a nd  Fig ur 6(b giv es  a idea  about   wh ic pitc an gle  is  best  to  work  f or   a nd  wh ic pitc an gle  can  le a to   rand om   beh a vi or Acc ordin to  th e   pr e vious  stu di es,  the  ma xim um   value  of   powe coe ff ic ie nt  is  set   to  0.59   acc ordi ng   t Be tz 's  la [ 43],   s keep i ng  this   li mit   in  c onside r at ion   a nd  visu a li zi ng   Fi gure  6(a)   an Fig ur e   6(b)  on e   ca s ay  t hat  va lues   wh ic are more   tha n 0.59  a re   pract ic al ly n ot   fea sib le   but  i CFD   t he   reas on b e hin d of gett ing  s uch  a  b ig  v al ue   is  t hat   losses  li ke  me chan ic al   lo sse s,  r otor  c on t rol   sy ste l os se s,  pitch   co ntr ol   mecha nism  l os ses,   gea &   sh a ft  losses,  et c.   are   no c onsid e re w hile  pe rfo r ming  the  sim ul at ion s.  From  F igure  6(a)   it   ha bee obse r ve that  for  ω = 1.5 ra d/sec  w he th blade   is  gi ve pitch  a ng le   25 °   an 28 °   best  power   c oe ff ic ie nt   ob ta ine at   a   velocit 10   m/ s,  i.e. 0.5 6,  w hich   is  cl ose r   to  Be tz 's   li mit Bl ade  wit pitch  a ngle   20 °   al so  ref le ct t he  be st   powe c oeffici ent  value   as   0.5 w hen  wind  s pee is  c onsidere a m/s.  blade   with  pitch   a ng le   15 °   and   velo ci ty  m/s  and  bla de  with   pitch  a ngle   28 °   and  vel ocity  11  m/s  al so   s how the   go od   res ults  of  the  pow er  coeffic ie nt  as  0.47   a nd  0.4 1.  Figure  6(b ),   on   t he  oth e hand,   s hows  s om diff e ren var ia ti ons  of  powe r   coeffic ie nt  du e   to  dif fer e nt  a ngula velocit y,  i.e .,  2.2 ra d/s ec.  H ere  i Fig ur e   6(b ),  the   be st  powe c oeffici ent   of  0.5 can   be  seen  w hen  the   pitch  a ngle   28 °   an pitch   10 °   is  consi der e f or  the  a nalysis   f or  th velocit 14   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   5 11     5 19   516   m/s  an m/s.   Further   w he the  pitch  a ngle   is  ta ken   as  15 °   an wi nd  sp ee a 11  m/s,  t he  powe c oeffici ent   comes  as  0.52,  wh ic is  near t Be tz 's li mit  a nd g i ves  a  promi sing o utput.         (a)     (b)     Figure  6 Po we c oeffici ent curve  at dif fere nt  p it ch  a ngle  fo r  ( a)  ω  =  1.57  ra d/sec,  (b) ω =  2.22 ra d/sec     3.4.   Verifica tions   The  numerical   exami natio i chec ke by  com par i ng  it   with  nor mal  empi rical   eq ua ti on   a nd  is  il lustrate i ( 3 ) Va riat ion   of  the  velocit ve ct or  is  s how in  Fig ur e   7( a a nd  Fi gure   7( b) ,   an the   ver ific at io is  show i Ta ble  3.  It  is  to   be   note that  a ad diti on al   ha been  co ns ide red  to   acc ount  for  t he  distanc e   from  t he ro ot  of the  b la de  to  the  hub, ma king the  b la de  le ngth  44. m .             ×     (3)             (a)   (b)     Figure  7 .   Tan ge ntial  v el ocity   of the  blade  for (a)  ω= 1.57 ra d/ sec, (b) 2 .22 r ad/sec       Table  4.   T an ge ntial  v el ocity  re la ti on   Pitch  ang le   (deg ree)   Velo city   (m /s)   Ro tatio n al   v elo city   (r ad /sec)   Tang en tial velo city   Nu m eric al   An aly tical   Er ror  ( %)   5 °   10   1 .57   6 9 .30   6 9 .39 4   0 .13   5 °   10   2 .22   9 7 .99 7   9 8 .12 4   0 .12       4.   CONCL US I O NS     The   r otor  has   r otati on al   s pe ed  of  1.5 ra d/sec  pro du ce le ss   to r qu e   and  powe as   com par e to     2.22  ra ds /se c.   Fo r   bo t ro ta ti on al   sp ee ds,  t orq ue  a nd  powe s how   dec re asi ng  tre nd  f or   pitch   a ng le   25 °  a nd   28° W hen  r ot or  r otati on al   s pe ed  is  ta ken  as   1.5 ra d/sec t he  op ti m um  pi tc an gle  obta ined   is  28°  at   10  m/s wh e reas  when  ro t or   ro ta ti onal   sp ee is  ta ke as  2.2 ra d/se the  opti mum  pitch  a ng le   ob t ai ned   is  10°  a nd  28°   ob s er ved at wi nd spee d 9  m/s  and  14 m/s.   In  this   pa per,  t he  Pit ch  a ngle  p la ys  a v it al   r ol in d et er mini ng  the  p er form ance p a rameter   of  t he  wind   tur bin es.  This  pap e gi ves  a idea  that  due   to  var ia ti on  i pitch  a ngle velocit y,   a nd  a ngular  velocit al so   induces  s om e   impact   on  ae r odynamic   c harac te r ist ic of   t he  wind  tu rb i ne Wi nd  tu rb i ne   pe rformi ng  unde diff e re nt  ope ra ti ng   c onditi ons   ref le ct s   va riat ion  in   tor que  a nd  po wer  val ue w hic ca he lp  resea rch e a nd  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   D ri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  o f bla de pit ch angle  on  the a e rody nam ic  ch aract eri sti cs o tw ist ed bla de    ( R ajend r a Ro ul )   517   eng i neer   t de marcate   the  di ff e ren ce  betwe en  the  best  pit ch  an gle  a nd   worst  an desi gn   t h wind  tur bin e   blade  acc ordin gly . A par t f r om t his, du e t o variat io in  pitch angle, the re  is un ce rtai nty  i press ur distr ibu ti on  of   t he  blade   at   sp eci fic  pitc a nd  abs olu te   velocit y,  wh ic ca le ad   to  bl ade  de f or mati on,  a nd  it   shoul be   avo i ded   t inc re ase  the  li fe  s pan   of  the  wind  tu rb i ne.   T his   var ia ti on  in  pressu re  distrib ution   giv e an   idea   about  w hich   pitch  a ngle   a nd  wh ic vel ocity  s houl get  op e rated   t a void   haza r dous  li ke  flut te an deformat ion.       REFERE NCE   [1]   Yilm a z,  A.   S. ,   Öz er,  Z. ,   Pi tc h   angle   contro in  wind   turbi n es  abov e   the  r ated  wind   spe ed   by  mu lt i - 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In t J  P ow Elec   D ri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Eff ect  o f bla de pit ch angle  on  the a e rody nam ic  ch aract eri sti cs o tw ist ed bla de    ( R ajend r a Ro ul )   519   BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS         Rajend ra  Rou l   is c urre n tl y   pursuing  a   Ph.D.   deg ree   in the   d epa r t me nt   of civil e ng ine er ing  a the   Na ti ona Inst it ute of Te chnology Rourke l a, Odisha ,   Ind ia.  His  rese arc h   in te rest s inc lud flui me ch anics,   ae rodyn am i cs,   c omput ationa flu id  dyna mi cs,   flu i d - struct ure   inter a ction,   mode lling  and  si mul ation,   struc tu ral   ana lysis .   Ra j endr r ecei ved   h is MT ec h   from   t he  Nat iona l   Instit ute of Te ch nology  Rourke la i wa te r   resourc eng ineeri ng,   h avi ng  f lui mech ani cs  h is  cor do ma in   in   2 015. he  r ecei v ed a  Ba che lo r's de g ree   in  Me cha ni c al   Engi ne eri ng   fr om  GIET   Univer sity in  20 11.   He   has  goo command   of  b oth  c ivi l   and   mecha ni ca l   subje ct s   ma k ing  his   ca re er mul t idi sci pli nar y .   Cont act him at E - m ai l r a je ndra rou lni t@g ma il.c o m           Awadhesh  Ku mar   is a  pr of es so r  of ci vil en gi neer in at  t he Nat ion al   I ns ti tute o Tech no l ogy  R our kela,  Od is ha , In dia.   His curre nt r esea rc i nterests i the   areas  of  Fluid Mec ha nics & Fl uid iz at ion,  Aero dyna mics,  Water R eso ur ces  Engin eerin g.   He  publishe l ots  of p a pers in  a  well - re pu te j our nal a nd got a wards  for o utstand i ng  publica ti on s . H e is a me mb e r of  MIE (Ind ia ),   M I IChE , a nd L M I STE.   Con ta ct   him at  E - mail :   akumar @nitr kl.ac.in     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.