2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Design Principle through Analysis of Work Mechanism of the Low Rotating Gravitation Vortex Water-turbine
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15K00643
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| Research Institution | Toyama University of International Studies |
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Principal Investigator |
上坂 博亨 富山国際大学, 現代社会学部, 教授(移行) (50329364)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 慎二 富山県立大学, 工学部, 教授 (30337878)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 小水力発電 / ボルテックス水車 / 渦水流 / 数値シミュレーション / ゴミ流入 / 設置コスト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低回転ボルテックス水車の動作機序を明らかにするために，円筒形の水車容器内部の渦水流の流速分布を計測しその特徴を明らかにした。本実験においては円筒容器内部での旋回流速分布を詳細に調べるため、1次元プロペラ流速計と3次元電磁流速計を用いて渦内部の部分流速を測定した。その結果，1次元流速計、3次元流速計のいずれの計測においても、旋回成分は外周部では比較的小さく中心付近で最大となり、排出口の上部に存在する大きな渦が強い旋回流をつくっている事が明らかとなった。この速度分布をシミュレーションで再現するために、オープンソースCFDソフトウェアOpenFOAMを利用して数値計算を実施した。今回のシミュレーションでは、流れを層流と仮定して実施した。その結果、容器側面の一箇所から流入し，容器底面1箇所から流出する水流によって形成される渦構造が，強制渦と自由渦との組合せとして表現されるランキン渦モデルで近似できる可能性が明らかとなった。以上のシミュレーション結果は前述した流速計による実験結果に非常に近い速度分布を再現した。
以上の結果を総合して、渦水流を利用したボルテックス水車における水車効率改善のための有効手法を整理した。まず水流の持つエネルギー回収においては、有効水頭をできるだけ大きくするため、排出口上部の強い旋回流を有効に活用する方針が示された。ただしランナーに発生するトルクはブレード前後面の圧力の積算値として得られる事が数値シミュレーションにより示されたため、ブレードが充分に水中に没するだけの長さ（直径方向）を確保する必要がある。一方、排水口付近で発生する無効水流をできるだけ少なくするためのブレード形状検討の必要性も数値シミュレーションにより示された。
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Research Products
(2 results)
