粘性減衰力がPoint Absorber型波力発電装置に及ぼす影響

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14888
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 梅田 隼 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (30757563)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 波力発電装置 / 粘性流体力

Outline of Annual Research Achievements

波力発電装置（WEC）には様々な形式が存在するが、Point Absorber型と呼ばれるWECは発電効率を向上させるため、広範囲の波に共振させる機能（同調制御）を発電機構（PTO）が備えている。同調制御のパラメータはWECの運動方程式の係数により決定するため、正しく同調制御を行うにはWECの流体力の精度良い推定が重要となる。しかし、推定するのが難しい粘性流体力は無視されており、どのような特性で、発電量にどのように影響するかは検討されていない。そこで、リニア発電機をPTOとするリニア式波力発電装置を対象に、粘性減衰力の特性および粘性減衰力がWECの制御および発電量に及ぼす影響について数値計算および水槽試験により調査する。
数値計算による検討を行った。まず、浮体寸法および運動周波数をパラメータとして境界要素法による流体力計算を行い、対象とするWECの浮体形状の決定を行った。同時に、浮体とPTOを統合した時系列発電シミュレーションを作成し、粘性影響を考慮しない場合で規則波および不規則波中での発電量評価を行った。シミュレーション結果は既存の数値計算と一致し、妥当性を確認できた。
CFDの精度検証のために、水槽試験を行い流体力の計測、流場の可視化を行った。振幅が大きくなるにつれて、流体力が大きくなる傾向が確認できた。これは振幅が大きくなるにつれて剥離渦が大きくなるためである。理論計算が可能な造波による流体力は振幅ではほとんど変化しない。周期に依らずこれらの傾向は同じで、短周期では振幅依存性が強くなることが確認できた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

既存の実験法で行われた解析法の見直しを行い，計算値との差，実験によって傾向が異なっていた原因を解明した。解析法の見直しを踏まえて水槽試験を実施し，計算と比較用のデータを取得し，粘性に基づく流体力の分離まで行った。

Strategy for Future Research Activity

実験結果からCFDの精度検証を行い、実験ではできなかった条件の流体力データをCFDにより取得する。実験と計算の流体力データベースを用いて粘性流体力推定の回帰式を作る。さらに流場の可視化からその流体力特性のメカニズムを考察し、その回帰式の妥当性も検討する。最後に粘性影響を考慮したシミュレーションを行い、WECの制御および発電量に及ぼす影響について調査する。

Causes of Carryover

模型サイズを小さくしたため，模型作成費が安くなったため。CFD結果の保存に大容量HDDが必要となるので，HDDの購入，これまでの結果をまとめて学会参加費および論文投稿費に用いる。