2016 Fiscal Year Annual Research Report
Pressure field measurement system for 3D flows around rotating wind turbines
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15K13861
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
村井 祐一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80273001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田坂 裕司 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00419946)
大石 義彦 室蘭工業大学, 工学研究科, 助教 (90617078)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 自然エネルギー / 風力発電 / 流体機械 / 流れの可視化 / PIV / 三次元流れ / 翼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
風車ブレードならびに風力発電システムにおける多次元流速分布から圧力の空間分布を推定する技術の開発を行った．主要な課題は，①風洞実験設備における圧力分布の振る舞いを検知する方法，②非定常な渦運動を伴う環境での風車の性能を左右する現象，③それらの流速分布の測定精度に依存した圧力場の推定性能，の三つである．①については開放噴流式の風洞の下流で形成される自然発達した等方性乱流環境の気流構造を利用する新しい提案を行った．十分下流をテストセクションとすることで乱れ度が15%程度ある自然乱流を再現することが可能であることがホットワイヤー計測により明らかとなった．下流における特定区間では，コルモゴロフの-5/3乗則に符合する慣性小領域が形成され，乱流エネルギーカスケード理論を満たす環境での風車の乱流影響を明らかにすることが可能となることを示した．実際にその内部にサボニウス風車を設置し，風車性能を試験した結果，同じ平均風速時で調整したとき乱流エネルギーが高い流入条件のほうが出力を増すことが立証された．その結果は機械学会で講演発表され，さらに英文誌 Renewable Energyに投稿された．②については，地表付近のせん断乱流環境でのプロペラ風車の性能について3次元PIVによる実験研究を進めた．その結果，２つのプロペラ風車が近接配列するときに個々のウエイクが干渉し，運動エネルギーが高い流れを地表に誘導する三次元気流構造が発見された．また揚力型風車の性能向上において上流の運動エネルギーの一部を回収してストール防止機能をもたせる負圧二次が流れ式の翼を開発した．③についてはPIVまたはPTVデータから圧力場を再構築推定する手法として，PIVとPTVの双方を互換性ある状態で相互に可逆的に画像変換する手法，ならびにそのデータを用いて壁面衝突渦輪など非定常圧力変動を伴う現象の解明に応用した．
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Research Products
(8 results)
