2019 Fiscal Year Annual Research Report

Optimization of wind collector device with flow deflectors for the performance improvement of drag type vertical axis wind turbine

Research Project

Project/Area Number	17K06175
Research Institution	Kurume National College of Technology
Principal Investigator	谷野忠和久留米工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70352367)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	風力エネルギー / 抗力型垂直軸風車 / 高出力化 / 集風体 / 流れ場の最適化 / 流体機械
Outline of Annual Research Achievements	申請課題では，集風ケーシング付クロスフロー風車のスケールアップ法と，集風ケーシング（以下，集風体）の小型化の検討を行う．この集風体は，2つの集風効果を得るため2または3枚の偏流板で構成される．1つは前縁部のはく離流れの増速効果を利用する偏流板A（1枚），もう1つは羽根車旋回に不利な風を遮り，一部を有効に利用する偏流板B（１または2枚）である．平成31年度は，直径114mmの基準風車（翼12枚）と，これを1.5倍直径とした2種類のスケールアップ法が異なる供試風車，すなわち，基準風車を相似に1.5倍（直径171mm）にした翼12枚風車と，弦節比と翼寸法を変えず翼19枚とした1.5倍風車について，集風体を構成する2または3枚の偏流板を付加し，その出力改善効果の評価を実験と数値解析により行った．なお偏流板3枚の条件は，風向変化時の集風体の出力改善効果の低下の低減を目的に，新たに偏流板Bの改善を検討したものである．また小型化の検討として，偏流板形状に風車翼と同じ円弧翼を用い，平板形状と比較した．出力性能実験から，偏流板2枚および3枚の集風体とも，偏流板は円弧翼形状が高い出力改善効果を示し，集風体の小型化に有効性が示された．風向変化を考慮し，風向に対して集風体の向き（傾き角）を変化させた場合，広い傾き角の範囲で円弧翼形状では，高い出力改善効果が維持された．また偏流板3枚配置は，2枚配置より集風体を含む受風面積がわずかに大きいが，ピーク出力は向上する．偏流板3枚の条件については，実験同様の傾き角条件で，ピーク出力付近の数値解析を実施した．集風体の傾き角とピーク出力との関係は，実験と同様の傾向が示され，流れ場の比較から，特に集風体が羽根車回転方向に傾く場合，偏流板Aが平板では，流れ方向とほぼ平行となり効果が低下するが，反りを持つ円弧翼では，羽根車側の流れ場改善効果が維持されていた．