| Project/Area Number |
20K12270
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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 64050:Sound material-cycle social systems-related
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
Kubota Takeshi 弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (70400405)
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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: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 垂直軸風車 / 帆布翼 / 空力性能 / 数値流体計算 / 抗力型 / 風車設計 / 流体シミュレーション / 風力エネルギー / 再生可能エネルギー / トルク係数 / パワー係数 / 抗力係数 / 未利用エネルギー |
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| Outline of Research at the Start |
垂直軸抗力型風車のローテーションフロー風車は低風速で起動し、低回転速度時に高トルクを発生するため、風の動力直接利用が有望視される。直線翼を基本形に翼材を柔軟で弛みをもたせた帆布とした場合、低風速始動性の改善と低周速比時の風車の性能向上が確認できる。この原因は帆布が円弧を形成して抗力係数が変化することによるが形状によって増減する。本研究では風車の帆布翼の形状を調整した実験を中心に、流れと圧力場の計算を加味し、弛み量が及ぼす風車の起動風速やトルク特性等の変化をまとめて帆布翼風車の性能向上を、さらには帆布翼式垂直軸風車の設計指針を確立し、これまで未利用な低風速エネルギーの利活用という展開を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
This research aimed to improve the aerodynamic performance of an 8-blade vertical-axis wind turbine, and as a result of the investigation using both experiments and numerical calculations, it was found that in the typical turbine with a straight 8-blade, the jet flow (accelerated flow) into the wind turbine contributes to the rotational force, and that that flow is generated by the blade generating the inverse-rotational force.
By adjusting the shape of soft sail cloth blades with deformability to control the flow, the performance of the wind turbine can be increased by approximately 20 % was confirmed.
At the same time, the problem that 2D-CFD calculations cannot represent experimental results plausibly due to the specifications of the wind turbine was also investigated, it was found that that problem can be handled by arithmetic post-processing.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
柔軟な帆布を翼とする垂直軸の抗力型風車において、ギアのような部品を使うことなく受風時の風の力だけで翼形状を制御する設計によって、固定翼風車と比して取り出せる出力を約20%向上、あるいはより低速から始動する仕様を見出した。これによりエネルギーとして利用しにくい地上付近（低層）の低風速でも風車利活用の可能性を高めた。また、充填率の高い風車に対する2次元数値流体計算（CFD）の結果が3次元構造体である実際の風車における実験値と合わないことについて考察、長大な時間を要する3次元CFDをせずとも2次元CFD結果に比較的簡便な後処理を施すだけで実機の性能をおよそ予測できるとの工学的に有用な知見を得た。
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