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Computational fluid dynamics analysis and wind tunnel experiments on a wind farm consisting of closely spaced small vertical-axis wind turbines

Research Project

Project/Area Number 18K05013
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
Research InstitutionTottori University

Principal Investigator

Hara Yutaka  鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60242822)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上代 良文  香川高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10321499)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords小形垂直軸風車 / 密集配置 / 風力発電 / 再生可能エネルギー / 数値流体力学 / 風洞実験 / 剛体運動予測モデル / 動的相互作用 / 風力 / 新エネルギー / 風車
Outline of Final Research Achievements

To investigate mainly the effects of wind direction and distance between wind turbines on the performance of a wind turbine pair, wind tunnel experiments using two small vertical-axis wind turbine models closely installed and computational fluid dynamics (CFD) analysis had been conducted. Regarding the rotation speed behavior, qualitative agreement was found between the experiments and the numerical analysis, such as the finding that the average rotation speed of a turbine pair rotating in the same direction is higher than that in the opposite direction. However, the wake of a three-dimensional experimental wind turbine was deflected greater than that of a two-dimensional numerical turbine model. A phase synchronization phenomenon was observed in the cases of turbine pairs in which each turbine rotates mutually in opposite direction, and the principle was made clear in this study.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

小形垂直軸風車のウインドファームは、単位面積当りの出力において、大形風車のウインドファーム以上に高くなる可能性があり、そのベースとなる2風車間の相互作用を調べることは、重要である。本研究では、2つの風車間距離を風車直径程度に近接すると出力が最大で22%程度増加する結果が得られており、このような知見に基づく、最適配置が探索できれば、低発電コストの再生可能エネルギーの導入促進に貢献できると期待される。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Numerical Analysis of the Dynamic Interaction between Two Closely Spaced Vertical-Axis Wind Turbines2021

    • Author(s)
      Hara Yutaka、Jodai Yoshifumi、Okinaga Tomoyuki、Furukawa Masaru
    • Journal Title

      Energies

      Volume: 14 Issue: 8 Pages: 2286-2286

    • DOI

      10.3390/en14082286

    • NAID

      130007713118

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      Volume: 49 Pages: 13-21

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      Volume: 4 Pages: 1087-1090

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    • URL

      http://www.damp.tottori-u.ac.jp/~lab6/research_04.html

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URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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