| Project/Area Number |
21H01413
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
Honda Akihiro 弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (60620606)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 寿 北海道科学大学, 工学部, 教授 (30595343)
千葉 隆弘 北海道科学大学, 工学部, 教授 (40423983)
久保田 健 弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (70400405)
内田 孝紀 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90325481)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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| Keywords | 流体力学 / 可視化 / 降雪 / PIV / 風車 / 後流 / 風力発電 / 粒子画像流速測定法 |
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| Outline of Research at the Start |
風車の後流に関して従来は平均風速の簡易モデルが用いられているが、後流の揺らぎや渦による乱れを含めた高度な観測が求められている。これに対して高価なスキャニングライダーを用いた観測では、空間分解能が数10m程度の平均的スカラー量であり、風車翼先端渦の減衰などの微視的な検討は難しい。
本研究では、風車ロータ近傍の流れを降雪による可視化結果を地上から撮影し流速ベクトルを評価する方法を拡張・改良し、風向に対して追随する風車ナセルに小出力の光源を搭載して撮影を行った画像をPIV処理し、更に風下距離も1km程度まで拡張することで風車後流の正確な挙動を追跡する技術を確立し、風車後流の予測モデルの提案につなげる。
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| Outline of Final Research Achievements |
The wake that occurs downwind of a rotating wind turbine is formed by a complex flow field, which has traditionally been addressed by applying simple engineering models. However, to address the safety risks associated with the increasing size of modern wind turbines and to ensure the power generation performance of a wind farm consisting of many turbines, modeling that reflects actual phenomena is necessary.
In this study, we visualized the wake flow caused by snowfall on three different sizes of actual wind turbines, and performed a quantitative evaluation. As a result, the behavior of the tip vortex could be clearly captured in the visualized wake area up to about twice the direct line of the rotor. Furthermore, it became possible to grasp the flow velocity distribution inside the wake by processing the visualized images with PIV.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
冬季の降雪という地域性のある流体可視化のシードを用いる必要があるが、学術的には実験室レベルでの流体実験よりも大きなスケールでの野外での流体現象を把握するための手法が得られたものと考えられる。
また本研究成果は、現地において実機で生じている現象をとらえることができ、設計時の設定と比較検討することでリスク評価につなげ、今後新設される計画への反映もさることながら、既存のウィンドファームの最適運転の制御ロジック構築にも反映できる。
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