渦法とパネル法の併用による水平軸風力タービンロータの非定常粘性流動解析

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650184
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 長谷川 豊 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (20198732)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今村 博 横浜国立大学, 工学部, 助手 (30303077) ; 菊山 功嗣 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90023192)
• Keywords: 数値解析 / 渦法 / 境界要素法 / 水平軸風車 / 翼型 / 非定常流れ / 失速 / 空力特性

Research Abstract

本研究は平成9年度および10年度の2年間において,渦法と境界要素法(パネル法)を併用した,水平軸風車ロータ翼周りの非定常非圧縮粘性流れに解析手法を確立することにより,翼面上の剥離現象の把握を行い,従来この分野で行われてきた数値計算法では予測が難しかった最適運転状態以外での流れを解析するとともに,風速変動などによる風車ロータの非定常特性を予測する.平成9年度は,一様流中の2次元並進翼を対象に数値解析を行い,渦法の適用レベルの違いならびに,パネル分割法・分割数の影響を詳細に調べた.解析対象とした翼型は,通産省機械技術研究所で風車翼用に開発されたMEL012翼型であり,主にレイノルズ数Re=200,000において解析を行った.その結果,高レイノルズ数の条件において渦法をレベル3で適用した場合,レベル2の場合と比較して翼表面に導入される渦要素の数が極めて大きくなるため,計算量が増大すると共に,流れ場の不安定性が若干増大する傾向が見られた.
平成10年度は,渦法の適用レベル3を用い,昨年度の研究で提起された翼型の後縁形状の問題を解決するために,翼型の後縁モデルが解析結果に及ぼす影響を詳細に調べた.解析対象として,MEL012翼型ならびに上下対称のジュウコフスキー翼型を用いた.その結果,両方の翼において後縁が閉じたモデルを用いた場合,後緑において配置される渦が近すぎるために,過度な相互作用を招き,離散渦の分布に大きな乱れが生じ,後縁が少し開いたモデルの場合,翼型の空力特性は比較的実験値に近い結果を得た.また,渦法を翼型に適用する場合の課題である仮想境界層の取り扱い及び渦要素の導入位置について検討するために,2次元半無限平板を用いた解析を行った.

Research Products

• [Publications] 今村博,他5名: "渦法による翼型周りの流れの解析に関する研究" 日本機械学会講演論文集. 98-1. 307-308 (1998)
• [Publications] 長谷川豊,他2名: "水平軸風車動特性の数値解析(弾性翼に働く空力負荷)" 日本機械学会講演論文集. 98-1. 305-306 (1998)