流れ場の解析による風力エネルギー実用化に関する数値的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680500
• Research Institution: Ochanomizu University
• Principal Investigator: 河村 哲也 お茶の水女子大学, 大学院・人間文化研究科, 教授 (40143383)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 農 鳥取大学, 工学部, 教授 (00093063) ; 佐藤 浩史 お茶の水女子大学, 大学院・人間文化研究科, 教授 (10017197)
• Keywords: 風力エネルギー / 抗力型鉛直軸風車 / サボニウス風車 / クロスフロー風車 / 数値シミュレーション / 非圧縮性流れ / 領域分割法 / 流れの可視化

Research Abstract

本研究の主要目的は、乾燥地における揚水用の風車まわりの流れ場を数値シミュレーションにより解析して風車実用化に対する問題点を明らかにし、さらに改良を行う上での基礎データを得ることにある。昨年度はこの点を踏まえて、サボニウス風車まわりの2次元場の流れ場の解析を、2次元ナビエ・ストークス方程式を風車とともに回転する座標系において解くことにより行い、トルク係数やパワー係数などに対して実測データとよい一致を示す結果を得た。本年度は昨年の成果をもとに、計算の3次元化を行い、より現実に近い状況での流れ場の解析を行った。具体的には、サボニウス風車のブレードの上下端に取り付けられている端板の影響の評価や風車の横幅と高さの比が風車の効率に及ぼす影響の見積もりを行った。
本年度はさらにサボニウス風車以外の垂直軸・効力型風車であるクロスフロー風車についても2次元のシミュレーションを行って流れ場やトルク係数などに関する情報を集めた。とりあげた風車は円筒形状をしており、その側壁のかわりに円弧の一部の形状をしたブレードを周上に12枚もつ風車で、ブレードの大きさや迎角の変化が流れ場に及ぼす影響を中心に調べた。そして、風車が回転している場合、後方の流れは、中の詰まった円筒の後方の流れにある程度類似していることや、条件によって風車内に流入した気流が反対側のブレードの抵抗になったり推進を助けたりする場合があり、詳細な点でかなり複雑な振る舞いをして風車効率に影響を与えることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 河村哲也: "Numerical Simulation and Visualization of the Flow around the Cross Flow Turbine"Proceedings of Europian Wind Energy Conference. 402-405 (2001)
• [Publications] 林 農: "Experimental and Numerical Study of the Flow around the Rotating Savonius Rotor"Proceedings of European Wind Energy Conference. 398-401 (2001)
• [Publications] 菅 牧子: "Numerical Study of the Sand Movement around a Cylindrical Body standing on the Sand"JSME International Journal Series B. 44巻3号. 427-433 (2001)
• [Publications] 岩田正子: "Three-Dimensional Numerical Study of the Magnetic Effect on the Air Flow at an Intake"Theoretical and Applied Mechanics. 50. 289-294 (2001)
• [Publications] 小紫誠子: "Simulation of Thermal Convection in a Stratified Fluid Flow"AIAA paper. 2002-0877. 1-10 (2002)
• [Publications] 河村哲也: "クロスフロー風車まわりの流れと動特性の数値的研究"第51回理論応用力学講演会 講演論文集. 643-644 (2002)
• [Publications] 河村哲也: "環境流体シミュレーション"朝倉書店. 199 (2001)