공력천칭법은 고층건물의 구조풍공학 분야에서 널리 활용되는 수단으로, 풍력실험과 풍하중 해석단계를 명확히 분리 및 연 계하는 체계적인 틀을 제공한다. 기존 방법은 주로 변위응답에 중점을 두었으나, 고층구조물 전반에 걸쳐 중요한 역할을 하는 공력모 멘트의 거동을 간과하는 경향이 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 개선된 모멘트 기반 공력천칭법을 소개한다. 제안 된 방법론은 정교하게 도출된 모드형상 보정계수를 반영하고, 모달스펙트럼해석과 확률론적 진동이론을 연계함으로써 측정된 공력모 멘트응답과 확률적 풍하중 효과 간의 세밀한 관계를 정립한다. 더 나아가, 본 연구에서는 건물 높이에 따라 평균, 비공진 및 공진성분 의 공력모멘트응답을 등가정적풍하중 및 풍응답으로 효과적으로 분배하기 위한 유효참여계수의 도출과정을 개념적·수학적으로 상세 히 다룬다. 이런 포괄적 접근법은 풍하중 산정의 정확도를 향상할 뿐만 아니라, 사용성 설계에 중요한 요소인 변위 및 가속도응답의 예측 개선에도 기여한다. 궁극적으로, 풍공학전문가와 구조설계자에게 더욱 안전하고 회복력 있는 고층건물설계를 위한 고도의 평가 수단을 제공할 것이다.

본 연구에서는 풍력터빈 블레이드에 대한 전산유체해석(CFD)을 수행하였다. 이를 위해서 National Renewable Energy Laboratory(NREL)에서 수행하였으며, 다양한 실험 및 해석결과가 공개된 실물크기 풍력터빈 블레이드인 NREL Phase VI를 해석대상으로 하였다. 상업용 범용 전산유체해석코드인 ANSYS-CFX와 파라매트릭 3D CAD 모델을 이용하여 해석을 수행하였으며, 실험결과와 비교하여 연구결과의 타당성을 검토하였다. 다양한 난류모델에 대한 비교연구를 통하여 Shear Stress Transport(SST) k − ω 난류모델의 정확성을 검증하였으며, 유동의 비정상상태를 최소화하기 위해서 0-각도 요(yaw)각을 고려하였다. NREL Phse VI 풍력터빈 블레이드는 2개의 날개를 가졌으며, 비선형 비틀림각과 선형 테이퍼가 고려되었다. 풍력터빈 블레이드가 주축에 대해서 회전하기 때문에 상대속도는 스팬에 대해서 비선형의 관계를 가진다. 따라서 받음각(angle of attack)을 최소화하기 위해서 비선형 비틀림각이 고려되었다. 해석결과의 3차원 풍력특성을 분석하기 위해서, 각 단면의 압력계수 및 이를 적분하여 풍력계수(수직, 접선, 추력, 회전력)를 계산하였다. 풍력터빈 블레이드의 회전속도는 72 RPM으로 고정한 상태에서 다양한 풍속(5m/s, 7m/s, 10m/s, 13m/s, 15m/s, 20m/s, 25m/s) 상태를 해석하였다. 해석결과와 풍동실험결과는 모든 풍속에 대해서 근사한 수치를 나타냈으며, 높은 풍속에서의 풍하면 박리현상에 대한 정확한 유동특성을 해석할 수 있었다.