2017 Fiscal Year Research-status Report
風況条件や形状の不確かさを考慮した小型風車の最適設計とその有効性実証
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16K21047
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
山崎 渉 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50598696)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 不確実性 / 垂直軸型風車 / 最適形状設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高度な不確実性解析技術の開発と共に、その小型風車の最適設計への応用を目指している。不確実性解析技術としては、不確実性の伝播を直接解析するために支配方程式自体を拡張する多項式カオス法に基づく手法や、数個のサンプル点での性能評価値の重みづけ和で不確実性を取り扱うDivided Difference Filter法について検討を行い、両手法が古典的なモンテカルロ法に比べ格段に効率的であることを示した。また、それらを形状の不確実性などを考慮したロバスト最適設計問題に応用し、妥当かつ有益な設計結果を現実的な計算コストで得ることができる事を確認した。
風車の形状最適設計については、垂直軸型風車の設置ブレード枚数を1,2,3枚と変化させた場合についてそれぞれ形状最適設計を行い、その最適形状を比較・考察した。これより、翼間の流れの干渉効果が最適翼形状に与える影響について検討を行い、その影響及び流体力学的メカニズムを解明することができた。また、本成果をベースに垂直軸型風車において形状不確実性を考慮するべき重要な形状部位に関する知見を得た。
実験技術については、屋外実験装置系の検討・整備を行い、市販の発電機を利用した性能評価装置を構築した。屋外実験において得られた性能データは屋内簡易風洞での実験結果と定性的には一致しており、その妥当性が確認された。また、風況条件の不確実性についても実測を重ね、設計条件に与えるべき不確実性を調査した。
現在、これらの開発技術・取得データを結び付けて、現実的な不確実性を考慮した垂直軸型風車ブレード翼の形状最適設計を行っている。得られる最適形状について、その高いロバスト性を持つ物理メカニズムを明らかにすると共に、その有効性を実験により実証する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
数値解析技術については、各種不確実性解析手法の実装及び風車周りの流体解析モデルの構築、その精度検証も実施済みである。実験設備についても屋外実験装置系の設計・整備について完了し、風況条件の不確実性についても実測を重ねている。これらの状況より、おおむね計画通りに研究計画は進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した設計技術及び取得した不確実性入力データを考慮して、現実的な垂直軸型風車ブレード翼の形状最適設計を実施し、不確かさ影響を低減するための物理メカニズムを明らかにする。また、その最適形状の有効性については実験により実証していく。
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| Causes of Carryover |
実験装置系の構築が想定よりも安価に実現できた事があげられる。また、ブレード翼の製造方法についても検討を進めた結果、当初の想定よりも安価に製造できる方法を見出す事ができた事も一因である。
使用計画としては、実験装置系のロバスト化に利用し、当初想定よりも多数の設計ブレード翼の実験を行う予定である。また、国際会議・学術論文における成果発表費用に充当する予定である。
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