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Analysis of dynamic characteristics and optimization of shape of rotator for ocean current generation by CFD

Research Project

Project/Area Number 19K04165
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 19010:Fluid engineering-related
Research InstitutionShiga Bunkyo Junior College (2020-2021)
Ochanomizu University (2019)

Principal Investigator

Kawamura Tetuya  滋賀文教短期大学, その他部局等, 研究員(移行) (40143383)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 桑名 杏奈  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (00624628)
齋藤 文  成蹊大学, 理工学部, 助教 (00837510)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords流体力学 / 数値シミュレーション / 海流発電 / 風車形状最適化 / 流体シミュレーション / 複数配置 / 回転装置 / 数値計算 / 垂直軸型 / 回転座標系の埋め込み
Outline of Research at the Start

東日本大震災を契機に自然エネルギーの活用が重要になりつつあるが,代表的なエネルギー源である風力や太陽光は天候に左右される.そこで本研究では安定的なエネルギー源であり,かつ日本において潜在力が大きい海流や潮流を利用した海流・潮流発電に着目した.そして,数値シミュレーションを用い発電用回転装置の最適形状を決定する.具体的には,①流れの方向に左右されない垂直軸型回転装置と②水平軸型回転装置の中で海流・潮流発電に適している新型装置について,(1)海流・潮流に特徴的な流速パターン,(2)回転装置の複数配置という条件のもとで解析を行い,定量的データを得る.本研究の成果は海流発電の実用化に大きく寄与できる.

Outline of Final Research Achievements

Aiming at the practical application of ocean current power generation, we investigated the performance of S-shaped, Savonius-type, J-type vertical-axis drag-type rotary devices and new horizontal-axis drag-type rotary devices called tuna-type by numerical simulation. In order to reduce the size of the entire power generation device, it is necessary to arrange multiple rotating devices in close proximity, but in that case, the interaction between the rotating devices cannot be ignored. Therefore, for the vertical axis rotating device, we investigated the effect on the output by changing the flow angle, rotation speed, distance between devices, etc., paying particular attention to the interaction. As for the tuna type, contrary to expectations, it was found that the shape with the blade protruding greatly forward gives the highest power.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

複数の回転装置が独立して回転する状況を精度よくシミュレーション可能な数値計算法を開発した。すなわち、全体領域を静止座標系で表示し、その中に回転装置とともに回転する座標系を埋め込むという方法を考えた。領域間の流れ場のデータの受け渡しで計算精度が落ちるが、接合領域を円周にすることにより計算時間や精度が改善された。このように数値計算法の改良という点で学術的意義がある。なお、この方法は回転装置の個数に影響されない。本研究では種々の回転装置に対して、出力に関係するパラメータを系統的に変化させてデータ収集を行ったため、海流発電の実用化に向けた基礎データの取得という意味で社会的意義がある。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results) Book (5 results)

  • [Journal Article] 2台のサボニウス型回転装置まわりの流れのシミュレーション2022

    • Author(s)
      河村哲也
    • Journal Title

      滋賀文教短期大学紀要

      Volume: 24 Pages: 153-165

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] サボニウス型回転装置まわりの差分格子生成法2021

    • Author(s)
      河村哲也
    • Journal Title

      滋賀文教短期大学紀要

      Volume: 23 Pages: 103-115

    • NAID

      120007039036

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      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] Numerical simulation of flow around Wing-in-Surface-Effect under various conditions2021

    • Author(s)
      Tetuya KAWAMURA, Akari ONIIWA and Aya SAITO
    • Journal Title

      Natural Science Report, Ochanomizu University

      Volume: 71 Pages: 1-12

    • NAID

      120007119720

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical Simulation for the Starting Characteristics of a Wind Turbine2020

    • Author(s)
      Anna Kuwana, Xueyan Bai, Dan Yao, Haruo Kobayashi
    • Journal Title

      Advanced Engineering Forum

      Volume: 38 Pages: 215-221

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/aef.38.215

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION ON INTERACTION OF TWO VERTICAL AXIS TURBINES2019

    • Author(s)
      荒木美保、河村哲也
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))

      Volume: 75 Issue: 2 Pages: I_277-I_288

    • DOI

      10.2208/jscejam.75.2_I_277

    • NAID

      130007795460

    • ISSN
      2185-4661
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  • [Presentation] 独立に回転する2つのサボニウス風車まわりの流れの相互作用2021

    • Author(s)
      皆川晶子 河村哲也
    • Organizer
      日本機械学会 2021年度年次大会
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    • Author(s)
      皆川晶子 河村哲也
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      日本流体力学会 年会2021
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  • [Presentation] 独立して回転する4台のサボニウス型回転装置周りの流れの相互作用2021

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      皆川晶子 河村哲也
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      第35回数値流体力学シンポジウム
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      佐々木桃 河村哲也
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  • [Presentation] CFD技術を用いたブレード数の異なるS字型風車の最適形状の検討2021

    • Author(s)
      ケイ浩, 桑名杏奈, 白雪妍, 姚丹, 小林春夫(群馬大学)
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      2020年度(第11回)電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会
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  • [Presentation] Examination of Optimum Shape of Savonius Wind Turbine with Different Number of Blades using CFD Technology2020

    • Author(s)
      Hao Xing, Anna Kuwana, Bai Xueyan, Yao Dan, Haruo Kobayashi
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      4th International Conference on Technology and Social Science (ICTSS 2020)
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  • [Presentation] Nambu dynamics and hydrodynamics of granular material2020

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      菅本晶夫, 馬塲一晴, 河村哲也, 桑名杏奈, 永田祐作, 齋藤麻由美
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      南部力学がつなぐ時空トポロジーとミクロ・マクロ渦磁場構造形成 (OCAMI共同利用・共同研究(一般))
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CFD Analysis of Dynamics of Rotating Device Having Horizontal Axis for Ocean Current Power Generation2019

    • Author(s)
      Ikuko Hiraga, Tetuya Kawamura
    • Organizer
      Proc. TJCAS2019 (Taiwan and Japan Conference on Circuits and Systems)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional Numerical Simulation on Interaction of Two Vertical Axis Turbines2019

    • Author(s)
      Miho Araki, Tetuya Kawamura
    • Organizer
      Proc. TJCAS2019 (Taiwan and Japan Conference on Circuits and Systems)
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of interaction between multiple wind turbines by CFD2019

    • Author(s)
      Anna Kuwana and Tetuya Kawamura
    • Organizer
      Proc. ICMEMIS2019 (International Conference on Mechanical, Electrical and Medical Intelligent System 2019)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Simulation for Optimization of Unsteady Rotating Wind Turbine2019

    • Author(s)
      Xueyan Bai, Dan Yao, Anna Kuwana, Haruo Kobayashi
    • Organizer
      3rd International Conference on Technology and Social Science (ICTSS2019)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Examination of Optimum Shape of 3-stage Savonius wind Turbine using CFD Technology2019

    • Author(s)
      Qigong Teng, Xueyan Bai, Dan Yao, Anna Kuwana, Haruo Kobayashi
    • Organizer
      Proc. TJCAS2019 (Taiwan and Japan Conference on Circuits and Systems)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 独立に回転する複数個の物体まわりの流れに対する数値計算法の開発とS字型回転装置への応用2019

    • Author(s)
      荒木美保、河村哲也
    • Organizer
      第65回理論応用力学講演会/第22回土木学会応用力学シンポジウム
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  • [Presentation] 種々の格子による垂直軸直線翼型回転装置まわりの流れのシミュレーション2019

    • Author(s)
      齋藤文、河村哲也
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2019
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  • [Presentation] CFDによる水平軸型海流発電用回転装置の動特性の解析2019

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      平賀郁子、河村哲也
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2019
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  • [Book] 流体シミュレーションのヒント集2021

    • Author(s)
      河村哲也
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    • Publisher
      インデックス出版
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      9784910058115
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      河村哲也
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      インデックス出版
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      インデックス出版
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      インデックス出版
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      9784910058047
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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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