Multi-Objective Optimization of an Axial Flow Hydraulic Turbine with a Collection Device Using Evolutionary Computation Method and Elucidation of Water Collection Acceleration Action
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20K04258
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
Nishi Yasuyuki 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (50585122)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 小水力 / 水車 / 軸流羽根車 / 集水装置 / 開水路 / 自由表面 / 進化的計算法 / 多目的最適化 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、水深の浅い開水路流れを利用する集水装置付き軸流水車の性能特性を単相流れ場で制御することで、自由表面流れ場において高出力かつ低推力を実現しうる多目的最適化設計法を構築するとともに、集水増速作用を解明することを目的とする。そこで、水深の浅い開水路において出力増大に寄与しない圧力回復効果を抑え、背圧減少効果を高めることで、出力を最大化しつつ推力を低減させるべく、進化的計算法を用いて制御する。
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| Outline of Final Research Achievements |
The objective of this study is to develop a multi-objective optimization design method that can achieve high power and low axial thrust in a free surface flow field by controlling the performance characteristics of an axial flow hydraulic turbine with a collection device utilizing shallow open channel flow in a single-phase flow field. Therefore, a simultaneous multi-objective optimization design method of runner and collection device using evolutionary computation method was constructed to control four performance characteristics. As a result, it was demonstrated that the pressure recovery coefficient, which does not contribute to increased output in shallow open channels, can be moderately reduced and the backpressure coefficient can be reduced to significantly reduce the size of the turbine body, resulting in a significant increase in turbine output with almost the same axial thrust in actual open channels.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
風レンズ風車は単相流解析により性能評価が可能であるが、水深の浅い開水路で作動する集水装置付き軸流水車は自由表面を考慮した混相流解析による性能評価が必須であり、計算負荷が極めて大きく最適化が困難である。本研究では、水車出力や軸推力に加えて集水増速作用に関係する圧力回復効果や背圧減少効果を単相流れ場で制御することで、実際の開水路において高出力かつ低軸推力を実現する多目的最適化設計法を構築した。得られた成果は、様々な条件下の開水路において作動する水車を計算負荷の小さい単相流解析を用いて迅速に最適化するための多目的最適化設計法の構築とその設計指針の確立に資するものである。
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Report
(4 results)
Research Products
(4 results)
