| Project/Area Number |
22K14181
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
Watanabe Seiya 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (80871540)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 洋上ウィンドファーム / 風車ウェイク / CFD / 格子ボルツマン法 / GPU / 洋上風力発電 / 数値流体力学 / 高性能計算 / アクチュエータモデル / 乱流境界層 |
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| Outline of Research at the Start |
洋上ウィンドファームの発電量予測には、各風車が形成するウェイクが後続の風車に与える影響を精度よく評価することが重要な課題である。本研究では、大規模CFDに適した格子ボルツマン法を用いることで、従来よりも高い格子解像度、かつ少ない計算リソースで洋上ウィンドファームを解析可能な高性能CFDツールの開発と発電量予測性能の向上を目的とする。風車ブレードを点群で表現するアクチュエータラインモデルを格子ボルツマン法に適用する。気象モデルと格子ボルツマン法をデータ同化により連携し、現実的な風況を再現する。風況を変えた様々な条件下の解析を実施し、開発ツールの有用性を示す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Predicting the interaction of the wakes formed by each wind turbine is important for evaluating the amount of electricity generated by offshore wind farms. In this study, we developed a high-performance CFD tool for offshore wind farm flow simulations using the lattice Boltzmann method. An actuator line model and an atmospheric boundary layer inflow model are introduced into the lattice Boltzmann method. Comparison with wind tunnel experiments in previous studies confirms that the proposed simulation model can evaluate wake velocity distribution and power generation with enough accuracy. We performed a large-scale parallel computation using multiple GPUs to analyze an offshore wind farm, and confirmed that the predicted results agree with the observed power generation.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究で実施した格子ボルツマン法による洋上ウィンドファームの非定常乱流シミュレーションは、ウィンドファームの発電量だけでなく、各風車に加わる疲労荷重の評価にも有効であり、風車の寿命やメンテナンス時期を予測することへ利用でき、洋上ウィンドファームの経済性評価に重要なデータを取得できる。格子ボルツマン法をレイノルズ数の高い大型風車のウェイク乱流に適用可能であることを本研究で示した。また、波による風車の動揺を考慮することで、日本での導入が期待される浮体式の洋上ウィンドファームの解析に対して開発したCFDツールは応用可能であると考える。
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