| Project/Area Number |
21K04963
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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 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
Kono Takaaki 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (90630921)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木綿 隆弘 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40225107)
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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 |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 垂直軸風車 / V形ダリウス風車 / 出力特性 / 風荷重 / 後流 / 風洞 / 数値流体解析 / ピッチ角 / CFD / コーニング角 / 風洞実験 / 数値流体力学 / 乱流 / 出力 / 出力係数 / トルク係数 / 乱流強度 / ねじり翼 / ストレート翼 / 風車 / 風力発電 |
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| Outline of Research at the Start |
浮体式洋上風力発電の主力電源化には、風車の出力効率の向上、風車や浮体構造物の製造コストやメンテナンスコストの大幅な低減が大きな課題である。本研究では、風車や浮体構造物の大幅なコスト低減が期待できる新たに考案した可変ピッチ式V形ダリウス風車について、風車出力を大幅に向上するピッチ角制御手法を開発し、さらに浮体構造物の設計で重要となる風車の風荷重特性およびウィンドファームの設計で重要となる風車後流特性を明らかにする。そのために、可変ピッチ式V形ダリウス風車用の翼素運動量理論に基づく2重多流管モデルを開発し、Matlab上で風車出力の最適化計算を行うとともに、風洞実験と数値流体力学解析を実施する。
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| Outline of Final Research Achievements |
As for the effect of pitch angle on the output characteristics of a V-type wind turbine, it was clarified that the power coefficient drops drastically when the pitch angle is changed by only 2° from the mounting angle set based on a two-dimensional CFD analysis near the blade tip. In addition to the pitch angle, the effects of the number of blades, blade shape, and coning angle on the output characteristics were also clarified. Regarding the turbine’s wake characteristics, it was found that the wind velocity attenuation and turbulence intensity were more pronounced on the retreating side of the wind turbine, regardless of the number of blades or blade geometry. Regarding the wind loads on the turbine, the horizontal component was significantly larger than the vertical component, indicating that the difference in centrifugal force caused by the difference in blade deflection due to the difference in azimuth angle may contribute significantly to the horizontal load.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
V形垂直軸風車に関する研究はほとんど行われていないのが現状であり、本研究で得られた基本的な出力特性、後流特性、荷重特性は、学術的に非常に価値がある。特に、ピッチ角を少し変化させただけで出力係数が顕著に減少するという知見は、強風時の過回転防止対策として活用できる。また、風荷重や遠心力による翼のたわみが出力特性や荷重特性に大きな影響を与えているという知見は、浮体式洋上風力発電に適したV形垂直軸風車の最適設計を行う上で非常に重要である。風車後流特性の知見は、V形垂直軸風車のウィンドファームの最適設計に活用される。
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