Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  7, N o . 1 ,  Mar c h  20 16 pp . 23 5 ~ 24 I S SN : 208 8-8 6 9 4           2 35     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Augmen ted Dif f user f o r Hori zontal  Axi s  M a rine Current   Turbine      A.H . A .  Elb a tr an *,*** , O.B .  Ya ak ob ** , Yasser  M. Ahme d *,**** , Firdaus  B. Abdullah *   *Faculty  of  Mechanical Engin eer ing, Univ ersiti Teknologi Malay s ia, 81310, Skudai, Johor , Malay s ia  **Marine  Techn o log y  Cen t er , U n iversiti Teknologi Malay s ia, 81 310, Skudai, Joh o r, Malay s ia  ***Faculty  of Engineer ing,  Ar ab  Academ y  for  Science  and  Techn o log y  and  Maritime Transport, A l exandr ia, Eg y p ****Dept. o f  Naval Arch itictur and Marin e   Engineering ,  Faculty   of Engin eerin g,   Alexandria Univ ersity , Alex andria,  Eg y p t       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Nov 30, 2015  Rev i sed   Jan 23, 201 Accepted  Feb 12, 2016      The pot ent i al  of  renewab l ener g y  s ourc e s  is   en orm ous  as  the y   can m a ke  a   major contr i bution to th e futur e  of energ y   needs. The o c ean  has a gr eat  potenti al  to b e c o m e  a pra c ti ca l a nd pred ict a bl energ y  s ourc e   c o m p ared to  other en erg y  res ources  s u ch as  s o lar,  wind,  and  nuclear. It off e rs different  sources of energy which can be  utili zed nam e l y   wave, tid al, offs hore wind,  thermal, and tid a lcurr e nt. Amon g thes e sources, marine tidal current has   m a jor advan t ag e s  such as high er  power  av ail a bi l i t y  and  pred ict a bilit y.   The  m a in objectiv e of this research work  is to desig n  and develop a horizontal  axis m a rine  cur r ent  turbine  (H AMCT) that  suitabl e for  oper a ting with in   M a la y s ian o c e a n , which has   lo w s p eed curren t  (0.5 – 1 m / s  a v erage) . A  prototy p e of au gmented diffuser  4-bladed HAMCT apply i ng NACA 0014   was proposed in the current stud y .   The turbin e model has 0.666 m diameter,  and it was designed to produce as mu ch as power from flowing water   current. Model was constructed  and te sted at  Marine Technolog y  Center   (MTC) in thre conditions , nam e l y , fr ee  tow tes ting, du cted  tow testing ,  and   ducted diffuser  tow testing in order to pr edi c t the  power and effic i enc y  of the   turbine s y s t em .  The res u l t s  s howed that  the  appli cat ion of  duct was   significant to  co ncentr ate the flow  and diffuser  arrang ement w a s effectiv when it was pl ac ed behind of  the  rotor in th is con d ition of  low water curr en t   s p eed.  The  m a xi m u m  efficien c y   Cp obta i ned  in  t h e curr ent  s y s t e m  was  0.58. Keyword:  Au gm ent e d di f f use r   HAM CT   Power  Power coe ffici ent   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Al y  Hassa A b dal l a  El bat r a n ,   Depa rtm e nt  of Aeronautics, Autom o tive  and Ocean  E ngi nee r ing  Faculty of Mec h anical E n gine ering  Un i v ersiti Tekn o l o g i  Malaysia (UTM)  8 131 0 UTM, Sk ud ai   Jo hor  Bah r u ,   Jo hor , Malaysia  H / p :  0 060 197 04 095 2.  Em a il: Haaaly2@m a il.live.utm . my       1.   INTRODUCTION  Tid a l cu rren po wer is on e of th e m o st i m p o r tan t   clean power res o urce in t h e worl d espec i ally  micro  applications.  Major adva ntages of this ene r gy are the  nat u re  of t h e c u r r e nt  fl o w , w h i c h can  be p r edi c t e d an d   t h e gre a t  den s i t y  of wat e fl ui d [ 1 ] .  M o re o v e r , t h densi t y  o f  ene r gy  p r od u ced by  wat e r fl ow i s  a p p r o x i m at ely  a t housa n d t i m e m o re t h an t h at  by  wi n d  en ergy . T h ere f o r e, t i d al  curre nt  energy  i s  con s i d ere d  t o  be a hi g h l y   av ailab l e en erg y  source and   as yet n o t   fu ll y u tilized W a t e r turb i n es  u s ed  for tid al curren t g e n e ratio ns were  ori g i n al l y  de v e l ope fo wi nd  f o rce  ge ne rat i ons  [ 2 ] .  T h e t y pes  o f  e m pl oy ed t i d al  cur r e n t  p o w e r  can  be   ch aracterized   by th eir ro tatio nal ax is orien t at io n   with   resp ect to  th water  flo w  d i rection .   Hen c e, th ere are two   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016   : 2 3 5  –  24 23 6 m a i n  t echnol o g i e s fo r t h e en ergy  ext r act i o n  from   m a ri ne cur r ent s . They  are h o ri zo nt al  fl o w  t u r b i n es ( H A T )   and c r oss fl ow  t u r b i n es.  H o ri zont al  fl ow t u rbi n es ha ve a x es paral l e l  t o  t h e fl ui d.B a se d  on t h e com p ari s o n   bet w ee n t h e t h ree m e t hods, i t  was  not i ced  t h at  H A M C of fere d t h e  hi ghe st  p o t e nt i a l  i n  ge ne rat e po we r   fr om   water  cu r r ent [3 , 4] .   Malaysia is a  country that is  surrounde d  by ocean, thus it need s to devel op the  tidal curre nt   tech no log y  fo r d e v e lop i ng  the en erg y  sect or [5 6 ] . Malaysia h a s m a in  prob lem s  wh ich are low  v e lo city o f   cur r ent  a nd l o w wat e de pt h a ppea r s. T h o p t i m u m  curre n t   speed for ide a m a rine turbi n e operati on is  at leas 2  m / s [7 ]. Ho wev e r, th e av erag ely cu rren t v e lo city in   m a ny   l o cat i on i n  M a l a y s i a  i s  onl y  1  m / s [8] .  M o re ove r,   o p e n  t u rb in es  ex tract en erg y   fro m  th e flu i d   b y  redu cing   t h e flow  v e locity with little o r   no   p r essure  redu ctio as the fl uid  pa sses through t h e turbi n rot o r. T h e st ream l i n es m u st th erefore ex p a nd  to m a in tain  con tin u ity   an d  they can not ex p a n d  ind e fin itely [9 ]. Hence th ere is a th eo retical li m i to  th e p e rcen tag e  of k i n e tic en erg y   t h at  can  be  ext r act ed  fr om  t h e fl ui d.  Thi s  l i m i t  has bee n  s h o w by  B e t z  t o   be  5 9 . 3 [1 0]  f o r  a si ngl act uat o r   di sk . A n u m b er of c o m p rom i ses and m odi fi cat i ons are re q u i r e d  fo r t u r b i n e desi gn i n  o r de r t o  excee d  B e t z   li mit [1 1 ] . Hence, Kirk e [9 ] in creased  th po wer co efficien m o re th an  B e tz li mit  b y  u tilizin g  do ub le actu a to d i sk wh ich prov ed th at t h e correspo n d i ng  li mit is 6 4 %  fo r th is case. Furth e rm o r eVenn e ll [11 ] Venn el l [12 ]   an d Venn ell [13 ]  ex ceed e d  the Betz li m i t b y  u tilizin g   farm s of turb i n es i n   ch ann e l   The si m p l e st   m e t hod t o  en h a ncet he  HAM C T  effi ci ency   i s  t o  encl o s e i t  i n t o  a  duct o nozzl e.  Usi n g   duct   o r  s h r o ud  ar ou n d  t u r b i n e en han ces the flow  velocit y  ar oun d th ru nn er.  In th is  case, th e v e l o city is  higher com p ared t o  a  fre e rotor. T h is e nha ncem ent  in creases th e to tal  h a rn essed   po wer fro m  tid al Cu rren t   R i ver or o p en sea.  F u rt herm ore,  t h i s   i d ea ha bee n  pr op ose d   f o deca des  i n   t h e wi n d   t u r b i n t e c h n o l o g i es  bu t   it is not successful c o mm erci ally [4], [14].  Scherillo  et al.,   [15] ac hieve d   7.5% inc r ease i n   the HAT e ffici ency  base d o n  di f f us er exi t  area. Th ei r st udy  was c a rri ed  out  by   n u m e ri cal  and expe ri m e nt al   i nvest i g at i o ns. L u q u et   et al. [ 1 6 ]  op timized  th e d e sig n   o f  th du ct an d  the r o t o r   of  cu rr en t tu rb in e to  enh a n ce th e f l ow  r a te th rough  t h e t u r b i n by  usi n g t h e R A NS  num eri cal  m e t hod;  t h ey   achi e ve d a hi g h er  p o we r coe ffi ci ent  o f   0. 7 5  wi t h   o p tim u m  d e sign   o f  th du ct an d th ro to r.    The press u re drop  available   to  a ducted t u rbine  de pends on the s h ape of t h e duct  and t h e fl ow  th ro ugh  an d aro und  it.  If th d u c t is d e sign ed  as a  d i ffu s er it will draw  m o re flu i d thro ugh  it an d wi ll also   increase t h e available press u re drop across t h e turbi n by   r ecove ri n g  s o m e  of t h e vel o ci t y  head d o w n s t r eam   as press u re  he ad, t h e t u rbi n e  t h en bec o m e “di f f u se r- a u g m ent e d”[ 17] C onsi d era b l e  wo rk  has bee n  do ne o n   d i f f u s er - a ug m e n t ed   w i nd  t u rbin e d e sign bu t th e co ncep has no t so   far  been  system atic ally ap p lied  t o  water  tu rb in es. Howev e r th d i ffuser co n c ep h a s lesser m u ch  pu b lish e d in  t h e literatu re  fo cu rren t  water t u rb in e.  Kirke [9] showed t h at the  theoretical m a xim u m powe r  coefficient fo r a  di ff use r-a u g m e nt ed t u r b i n ba sed o n   tu rb in e area is 1 . 9 6  tim es h i g h e r th an  th e Betz li mit. Th is   i s  possi bl bec a use fl o w  i s  dr awn i n   fr om  a  great e r   area upstream  than that inte r cept e by  t h sam e  si zed t u r b i n e i n  o p e n  fl ow . O n  t h e  ot her  ha nd , Da vi d et  al [18] proved  numerically that the di ff user  conf igu r ation  pr odu ced   3 . 1  ti m e s   m o re p o wer t h an  th e t u rb in e with  no  di f f u ser .  F u rt herm ore, B u y u n g  et  al . [ 19]  a n d  C h e n  et  al . [1 7]  c o n d u ct ed e x pe ri m e nt all y  a test  on   h o rizon t al-ax i s wind  tu rb in e with   an d wi t h o u t  a fl an ge d di f f u ser ,  t h e i r results s h owed t h at the  flange di ff use r  ca n si gni fi cant l y  i n c r ease t h e  p o w er  out put ,  t o r q ue  out put ,  an d  r o t o r  r o t a t i o n a l  spee of t h e wi n d   t u r b i n e. P o nt a [2 0]  rep r ese n t e d di f f use r-a u g m e nt ed fl oat i ng  hy d r o - t u rbi n es t o  i m prov e t h e t echni ca l  an d   econom i c perform a nce. Sha h savari fard  et al.,  [ 1 4]  desi gn ed a n d  t e st ed   expe ri m e nt al ly i n  t h wat e r t u n n el   facility at th e  Un i v ersity of Man itob a  a 1 9 .8 cm  d i a m eter HAT  with  two  sh rou d s . Th p e ak  power  enha ncem ent  of 9 1 % o v er t h e  uns hr o ude d t u rbi n e was  obt a i ned wi t h  t h e s t rai ght  wal l  di f f use r . El bat r an  et  al [2 1]  de pl oy e d   di ff use r  a ugm ent e d c h a nnel  ar ou n d  c r oss  fl o w  /  B a nki  t u r b i n es.     Th is l o w curren t  ch aracteristi c is th e m a in  co n s i d erat i o n  o f  t h e c u rre nt  st udy .  He nce ,  m odi fi cat i ons   o f  th e ex isting m a rin e  cu rrent tu rb in es  are   neede d  t o   overcom e  low c u rre nt  s p eed  i n   M a l a y s i a n oce a [6] .   Thu s , th is stud y is  m a in ly f o cusing  on  d e v e lop i ng  o cean  en erg y   d e v i ce for h a rn essin g  an d   u tilizatio n   of  M a l a y s i a n oce a n c u r r ent  c h a r act eri s t i c . A  du ct  di ff use r   has  been  p r op ose d expe ri m e nt al ly t o  e nha nce t h e  fl o w   velocity through turbine  r unne r , whic is suit able  fo r utilizing at Malaysian  Ocean  of l o w spee d c u rre n t.        2.   R E SEARC H M ETHOD    2. 1. Desi gn Co ncepts   o f  D i ffuser-A u g mented  HA MC The desi gn co ncept  o f  di f f us er augm ent e d HAM C T  has  b een de vel o ped  and c onsi d ere d  t o  be  m o re   suitable for Malaysian Ocean characteristics .  HAMCT de si gn  principle is alm o st the sa me basis as the wind  tu rb in e tech no l o g y . Th is can lead  to m a n y  ad v a n t ag es  b ecau s wind  turb in e is a  well-d e v e lop e d techn o lo g y Neve rt hel e ss , i n   or der  t o   desi gn  a ‘ w i n d t u r b i n e  as m a ri n e  cur r e n t  t u rbi n e, se ve ral  co nsi d e r at i o n s  m u st  be   t a ken t o  m a ke  sure  t h e  de vel o pm ent  i s  sui t a b l e fo r m a ri ne c h arct ri st i c s.  M odi fi cat i onss h o u l d   be  car ri ed  out  t o   mak e  su re the tech no log y  app lied  can   withstan d  th e m a ri ne en vi r onm en t .  The co nce p t  desi g n  o f  H A M C T  i n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Au gme n t e d  Di f f user f o Hori z ont al  Axi s  M a r i ne C u r r ent   Tu rbi n e  ( A .H .A.  El bat r an)   23 7 t h i s  st u d y  ( F i g ures  1  an d  2 )   has  bee n   deve l ope d t o  ca pt u r e as m u ch  as  ene r gy   f o r M a l a y s i a n Ocea n.  Th e   desi g n  m o st l y  ap pl i e p r evi ous   HAM C T   desi g n  c o ncep t  can  be  use d  f o r  ha rne ssi n g  M a l a y s i a n c u r r ent   energy.          Fi gu re 1.   Di f f u ser- Au gm ent e c once p t  fo r M a l a y s i a oce a n HAM C T       This desi gn is  attached at the seabed wit h  gra v ity  base struct ure.  During  th e op eration ,  th e fix e g r av ity b a se stru ct u r e an d  the fix e d  cab l e will su pp or t th e tu rb in for h a rn essing  energ y  fro m  th e water  cu rren t. Th e fi x  cab l e will also  act as a m o oring  system  fo r th e fl o a tin g stru ct u r e. Th e desig n  also  allows the  cy l i ndri cal  d u c t  t o  bec o m e  rem ovabl e. T h t u r b i n rot o r c onsi s t s   o f  d u ct ed  di ff use r rot o h o l d e r rot o r, a n d   co n-alik e hub . Th e ho ld er is u s ed  to  in cl ud e th e ro tor,in ad d ition t h e  electric cab le can  b e  p l aced  insid e  th hol der .           Fi gu re 2.   Tu r b i n e desi g n   c o nc ept       Th e ro tor d e si g n  is th e m o sti m p o r tan t  p a rt in  th is HAMCT for lo w sp eed  water cu rrent. Th ere is  need  of s p ecial intention for  the ro t o r d e sign  b ecau s e it is  wo rk ed  in  fluctu atio n  of curren t sp eed  and th current appears in m u lti dir ections. The rot o desi gn should also  able  t o   withstand t h ocean current l o adi n on t h e bl a d es.  The  desi g n s fe at ure a ppl i e d a r e fi xe pi t c 4 sy m m e t r i c  blades r o t o r,  whi c h are easi e r f o r t h e   con s t r uct  p r oc ess.   N u m b er  of  bl a d es a p pl i e d i s  rel a ted to  t h e torq u e  ch aracteristic, tip -sp e ed   ratio weigh t an d pow er. Fou r  b l ad es  w e r e   ch osen b a sed   on   w i nd  tu rb in e tech no log y   which   stud ied  in  referen ce [22 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016   : 2 3 5  –  24 23 8 2. 2. Desi gn  Pr ocedure s    B a sed o n  t h conce p t  de si g n  devel ope d, t h e det a i l s  desi g n  was m a de.  The d e t a i l s  desi gne d o f  t h e   cur r ent  sy st em  consi s t s  o f  bl ades desi gn , d u ct  desi g n  an d  di ff user  desi g n . The m a i n  conce r n i n  t h e bl ades   d e sign  is th e lift an d   d r ag  ch aracteristics, since it is  stro ng l y  rel a t e d t o  t h e t o rq ue t h at  wi l l  be pr od uce d  by  t h tu rb in e.  Th m o st effectiv e p a ram e ter for HAMCT is t h e lift force  whilst dra g   forc e can  be c onsi d ere d  a s   waste force that sh ou ld  b e   kep t  as lo w as po ssib l e.  Based   o n  th e literature stu d y , it was fou n d  th at, the  m o st   id eal b l ad es sectio n s  fo r t u rbin e b l ad es in  th e d e v e lop m e n t stag e is th e sy mmetric NACA airfo il sectio n s Thus, t h e lift (Cl) and dra g  c o effici ent  (C d)  fo r se ri es o f   NAC A sy m m et ri c sect i ons  ha ve  been  st u d i e usi n g   DES I G N F O I L  soft ware   [ 23] ,  as  sh o w n   in Figu re (3 ).   It was noticed  that the selected  di f f ere n t  N A C A ai rf oi l  sect i ons  have  near l y  t h e sam e   m a xi m u m   C l but   NAC A 0 0 12  reco r d ede d t h e hi ghest   val u e of l i f t  coe ffi c i ent .  It  al so has  m a xim u m  dr ag coefficient. Hence,  NAC 0012 i s  the m o st pre f era b le section that can  be   ut ilized for the t u rbine  bl ades  according t o  the lift  force resu lts, esp ecially it als o  h a s a ligh t er  wigh t. Howe v e r, th h i gh est valu e o f  t h e dra g  force ca n di minish  this adva nda ge .Based on t h expecte d  l o ads  from  seaw ater, NAC A   0014  airfoil secti o was t h e m o st s u itable  optionbecause  it is thicker tha n   NAC 0012. Although, t h 0016 a n d 0020 has  thicke bla d es a n d lowe rCd at   higher a ngles  of attack tha n   0014 , but the  Malaysian ocean with low s p eed curre nt ne eds a turbine  with less  wei g ht , t hus , cho o si ng t h i c ke r bl ades ( 0 01 6  or 0 0 2 0 ) ca n i n crease wei g h t  of t h e ove ral l  desi gn. F o r t h ese   reaso n  N A C A  00 1 4  was  c h os en fo t h e   bl a d es  desi gn .         (a)       (b )     Fi gu re 3.    and   for  v a ri o u s  NACA symmetric airfo il section s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Au gme n t e d  Di f f user f o Hori z ont al  Axi s  M a r i ne C u r r ent   Tu rbi n e  ( A .H .A.  El bat r an)   23 9 Fi gu re 4  sh o w s t h e det a i l s  of  t h e H A M C T augm ent e d di f f use r sy st em , whi c h c o n s i s t s  o f  f o u r  pa rt s:   in let d i ffu s er  o r   funn el to  ’cap ture’ th flo w  in t o  d e si g n e d  turb i n e,  th e du ct cylin d e r to   un iform an d   con s ent r at e t h e wat e r fl o w  t h r o ug h t h e t u r b i n e a nd t h o u t l e t  di ff user t o  re duce  wa ke  of t h e m ovi n g  fl ui passi n g  t h e t u r b i n e a n d t h e  t u rbi n e c o n f i g ur at i on  whi c h c o nt ai ns  bl ades , st at i c  h u b ,  m ovi ng  h u b , a n d  rot o r   hol der .  T h ov eral l  di m e nsi ons  of  t h di f f u s er a ugm ent e HAM C T  a n d i t s m odel  can  be  seen  i n  Ta bl 1.            Fi gu re  4.  C o nc ept  D u ct  sy st e m  for t h p r o p o se d H A M C T       Tabl e 1. Det a i l   desi gn   pa ram e t e rs   Parts  Details   Model  Scale   I n let Diffuser   L e ngth  1. 433  m   Outer  Dia m eter  1. 400  m   Outlet Diffuser   L e ngth  1. 490  m   Outer  Dia m eter  1. 360  m   Duct Cy linder  L e ngth  0. 700  m   Diam eter 0. 917  m   Blades Diam eter  0. 833  m   Actual Radius  0. 333  m     Hub  M oving Hub Diam eter  0. 087  m   M oving Hub lengt 0. 087  m   Static Hub Legth  0. 12 0         2. 3. HA M C T Mo del  C o n s tr uctio n   The m odel  const r uct i on  pr oc ess fo r t h e au g m ent e d di ff use r  HAM C T  i n  t h e cu rre nt  rese arch  wo rk   was  d i v i d e d  i n to  th bu ild ing o f  th e t u rb in ro t o r, cylin d e d u c t, and  t h e diffusers  du cts.  All th e co n s t r uctio process wa s done at Mari ne  technol ogy ce nter (MTC), Unive r siti  Teknologi Malaysia  (UTM).The turbine   co nsists of   4   blad es run n e r ,  static h u b , m o vin g   hu b, an d ro tor  ho l d er . Blad es and  static hu b w e r e  m a d e   o f   wo o d , P V C  f o r  t h e m ovi ng  hu b, t w beari ng  and st ai nl ess st eel  shaft a s s h o w n i n  Fi g u r e  5 .  C y l i nder  duct  w a s   con s t r uct e usi ng  fi be r- gl ass  and t h e m oul d  was c onst r uct e d u s i n g t h i c pl y w o o d  wi t h   wo o d  f o r t h m oul d   st ruct u r e.  The   sam e  approac h i ng  was  d o n e f o r  t h di f f use r s  d u ct .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016   : 2 3 5  –  24 24 0       Fi gu re 5.   The   c onst r uct i o n p r o cedu r es       2. 4. E x peri me ntal  Ap par a tu There a r e t h re e t y pes of m o del  t e st i ng pr o pos ed i n  o r der  t o  det e rm i n t h e HAM C T  p e rf orm a nces   whic h are Free  Tow M odel T e st, Ducte d  T o w Model Test  and  Ducted  Diffuser T o w Model Test as shown i n   Fi gu re  6. T h equi pm ent  for  t h i s  m odel  t e st i ng a r e t o wi ng  Tan k u nde rwat er  cam era, l a pt o p no n- c ont act   Tachom eter, angle  ruler, G  - clam and ruler t o   get a n  accurate  data for RPM, t o rque  a n d powe r , t h ese   equi pm ent s  i n st al l a t i on are s h ow n i n  Fi gu re  7. T h res u l t s  of  p o we r, t o r q ue a n d  ef fi ci en cy  were  det e r m i n ed at   di ffe re nt  cu rre nt  s p eed  an v a ry i n g  y a wi n g   angl es Hence ,  t h e s p ee ds  of   t h e wat e r c u r r e n t s  f o r t h e  H A M C T   m odel  can b e  f o u n d  i n  Ta bl 2.   B a sed  on t h e  det a i l e desi gn  an d c o n s t r uct i o n  p r o ced ures  o f  t h e  a ugm ent e di ff user  H A M C T   d e v i ce, it is essen tial to  test it in  ter m   o f   p e rf o r m a nce. The c onst r uct e d m odel  was t h e n  t e st ed f o r   p e rform a n ce an d fu rt h e power  pred iction assessm en t.  Fig u re  8  illu strates th e cu rren t system  d u r i ng  measurem ent and obse rvation.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Au gme n t e d  Di f f user f o Hori z ont al  Axi s  M a r i ne C u r r ent   Tu rbi n e  ( A .H .A.  El bat r an)   24 1     Fig u re  6 .  (A) Free tow m o d e test, (B)  Du cted  to w m odel te st (C)  D u cted  d i ffu ser t o w  m odel test          Fig u re  7 .  Model settin g  at th e to wi n g  carriage      Tabl 2. C o r r e s po n d e n ce  vel o ci t y  fo r sy st e m   m odel  Test Case   Curren t Veloci ty  ( m /s)   1 0. 42   2 0. 63   3 0. 84   4 1. 05   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016   : 2 3 5  –  24 24 2         Fi gu re  8.  A u g m ent e d Di ff us er  HAM C T   de vi ce t h ro u g h  o b ser v at i o ns       3.   RESULTS  A N D  DI SS CU S S ION     Th e m a in  g o a l  o f  t h e presen t work  was i n vestig a ting the  perform a nce char acteristics of  augm ented  diffuse r  system to increase the effec tivenes s of t h e tidal current  horizont al  turbi n e efficiency whic h used i n   lo w  v e l o city r e g i on s. Th is was d o n e  thr ough  m easu r in g  the p e r f or m a n ce p r o p e r ties o f  t u rb in p e rf or man ce.  Th is is  d e scribed  thro ugh  th Equ a tio n b e l o w:    PT ω           [ 1 ]     Whe r e P i s  t h e out put   po we r, T re p r esent s  t h e o u t p ut  t o r que ω is th e an gu lar velo city. Mo reo v er  t o r que  i s  gi ven  by :     T=  F  * r            [ 2 ]     Whe r r i s   bl ad e ra di us a n F   is liftin g   forcewh i ch   rep r esen ts in  Equ a tio n [3]:     F  0 . 5 ρ U A  C          [ 3 ]     Whe r ρ   is water  d e n s ity, U  is  a free flow v e lo citity,  A  is turbine   blades areaa nd  C  is lift  coefficient.  En hanci ng t h e  fl ow s p eed ca n i n crease t h l i f t i ng fo rces a s  wel l  as pow er ge nerat e d ,  whi c h i s  t h e   main  in terest  of th e Malaysia sites.   The power c o e fficient (C p)  of turb in es  was  u s ed  to  reflect th e tu rb ine  perform a nce, as presente d in  Equ a tio n (4 ):      ∗            [ 4 ]     From  the  m o del testing conducted, t h ere are two m a jor characteristics ne eded t o  be  obs erve d whic a r e  th e in cr e a s in g   f l ow  ch ar ac te r i s tic s  a n d flo w  con c e n t r ation  due t o  yawing a n gle.  Inc r easing the  spe e d is  a   crucial factor in designing for Mala ysian Ocean low s p ee d curre n t appe ar ance . Ducted diffuser ca n increase   the flow  of the  curre nt and can redi rect the flow pe rpe n d i cu lar to  th e ro tor b l ad e an d ca n increase the  flow at  the duct intake. Increasi ng  flow c h aracte r istic theoretically can be ach i e ved usi n g d u ct ed di ff use r   whi l e   conce n t r at i n f l ow  by  a ppl y i n g   duct e d cy l i n der  su rr o u n d e d  t h bl ade t u r b i n e.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Au gme n t e d  Di f f user f o Hori z ont al  Axi s  M a r i ne C u r r ent   Tu rbi n e  ( A .H .A.  El bat r an)   24 3 Fi gu res  9  sh o w s t h e t h va ri at i ons  o f   o u t p ut   po we at  different y a w ing a n gle in case  of  free tow and  d u c ted  tow.  It  can   b e  seen  cl early th at th e ap p lication  of   ducted t u rbine a r e really  sign ifican t to  in crease th produce d  power from  the cu rre nt syste m  because the  duc t able to in cre a se flowing speed of the fl uid and  conce n trate t h e  flow t o wa rds t h blades  of the turbine .   Mu lti-d i rectional cu rren t  appro a ch ing  th e t u rb in can  b e   p r ed icted  fro m  th e ex p e rim e n t s and  th results is shown in Figure  (9). Th e power increased  with th e increm ent of yawing an gle until reache d   to the   m a xim u m  val u e at  20°, a f t e t h at  t h e p o we was su d d e n l y  dr o ppe d.  In t h e ot her  w o r d s,  t h e pre s ence  o f  d u ct   were  not e ffect ing t h flow s p eed at   y a wi ng  an gl e,  h o w ever , at  a b out   20 °  de gree  o f   y a wi ng , t h ere   wast he   opt i m u m  angl e whi c h rec o r d e d  t h e m a xim u m  powe r , a nd i t  was l e sser w h en i t  reac he d at  30°  de gree y a wi n g   angl e. M o re ov er, t h e m a xim u m  power  out put  o f  9 0   W  i n  case of   duc t e d t o w at  2 0 °  y a wi ng an gl e  but  t h e   si gni fi ca nt  p o w er ca be  ha r n esse d i n  case  of  free  t o w i s   78  w  at  1 0 ° c u rre nt  ap p r oac h   .C o n seq u e n t l y , i t  was   believed that  duct wa s a n  effe ctive spee d-augm entation de vice          Fig u re  9 .  Po tential o f   h a rn essi n g  en erg y  in  m u lti-d i rection a l  curren t  appro a ch es      The  free  to w,  d u cted  to w,  fo rwa r di ff us er a n d  aft   di f f use r  c o nfi g u r at i on case s   w e re t e st ed  at   diffe re nt vari o u s cu rre nt s p ee d. T h pe rformance charact eristics curves  of  tested cas es  are shown in  Figures  1 0  and   11 I t  was ob serv ed  that th e ou tpu t   po w e r  lead to increase  with the increase  of  flow curre nt s p e e d for  all tested cases as shown i n  Figure 10. M o reover, th e m a xi m u m  power  out put  rec o rde d  f o r t h e aft   di ff user   case whic h wa s slightly around  250  W at a current s p ee d 1 . 0 5  m / s. On t h ot her  ha nd , t h po wer  cur v e   indicated that forward diffuse r case  was t h e seco nd pe rfe ct  con f i g urat i o whi c h reco r d e d  m a xim u m  power o f   alm o st  190  W.  Thi s  i s  whi l e  t h e cases free  t o w an d d u ct e d  ha ve sh ow po o r  charact e r i s t i c s co m p ared  wi t h   t h ot her  t w casesw h i c h  t h e  m a xim u m  out put   p o we was  nea r l y 16 6   i n  t h e  cases  o f  fre e t o w a n duct e d   to w.  An early assum p tion was that the forwa r d arrang em ent  can gives a large effect for the speed  in crem en t. Howev e r, it tu rns o u t  to   b e  the aft arra nge m e nt  was m o re effect i v rath er than  th fo rward  arra ngem e nt . Thi s  sh oul d be d u e t o  t h e effect  of t h e cu rre nt backflow that affect th e whol e syste m , whilst aft   arra ngem e nt  re duci n g  wa kes   of  t h fl o w  a n d  di rect i n g t h o u t f l o w sm oot hl y .    The power Coefficient “efficiency”, Cp, wa s consi d er a b ly higher for aft diffuser case for all curre nt   sp eed  stu d i ed  in  th is work , as sh own  in  Fi gu re 11 It is  in t e restin g  th at the  m i n i m u m Cp  fo r aft d i ffu s er test   was hi g h e r  t h a n  t h e m a xim u m  C p  for t h e ot he r cases, t h i s  pro v e d  t h at  t h e im port a nce  of usi ng t h d i ffu ser   after th e du ct t o   g e t sign ifican t power  e x t r a c t i on.  Fu rt he r m ore, t h e m a xi m u m   Cp obtained for  aft  diffuser case  was  0. 58 at   0. 84 m / s curre nt  spee d,  whi c h  were m o re t h an 1 . 3 ,  1 . an d 1 . 7 t i m es t h m a xim u m  Cp f o r   fo rwa r d diff us er, d u cted  t o and free tow  re spectively.      0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 Free   Tow Ducted   Tow Power   (W) Yawing   Angle   (degree) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016   : 2 3 5  –  24 24 4     Fig u re  10 . Th e po ten tial of  h a rn essi ng  th power at differe n t spee d c u rrent  approachi n         Figure  11. t h powe r c o efficient at  di ffe rent current spee d for  all  cases       4.   CO NCL USI O N   Th o b j ectiv e o f  th is  wo rk wh ich  was t o  d e si g n  a  horizon tal ax is marin e  cu rren t tu rb i n e was  pu rs ued .  i t  wa s st udi e d  t h p r evi ous  de vel o ped  H A M C devi ce,  t h e fl o w  co nce n t r at i n g de vi ces as  w e l l  as  spee d i n c r easi n g  d e vi ces,  a n d t o  st udy   fr o m  wi nd t u r b i n e t ech nol ogy .   The  desi gn  o f  H A M C has  bee n   d e v e l o p e d  b a sed  o n   t h literatu re  st u d i ed . It  con s ists o f  4  b l ad es ro to u s ing  NACA  00 14  d e sign  p r o f il sur r o u n d e d by   cy l i nder di f f use r  wi t h   an at t achm e nt   of diffuse r  to i n crease the s p eed flow.   A m o del was   b u ilt to  pred ict th e p e rfo r m a n ce o f  t h e d e si gn ed  t u rb in e and  to  st u d y  th effectiv en ess  of th d u c ted  wh en  ap p lied  t o  cu rren t  tu rb in e.  It was fo und  th at wh en   u tilizin g  aug m en ted -  d i ffu s er aro und  ho rizo n t al cu rrent   tu rb in e, th velo city th ro ugh  th e tu rb in e an d  aug m entation diffuser and the rotor was incre a s e d. T h m a xim u m  power  out put  i n c r eased  fr om  nearl y  16 W  i n  case o f  f r ee  fl ow t o  sl i g ht l y  above  2 49  W f o r   augm ented-  di ffuser, also the Coeffi cie n t of  powe r also increase d  by   1.7 tim e s for this case. Di ffuser  0 50 100 150 200 250 300 0.4 0 .6 0.8 1 1.2 Free   Tow Ducted   Tow Forward   Diffuser Aft   Diffuser Power   (W) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.4 0 .6 0.8 1 1.2 Free   Tow Ducted   Tow Forward   Diffuser Aft   Diffuser Current   Velocity   (m/s) Power   Coefficient   (Cp) Current   Vel o city   (m/s)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.