2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Generating Performance Estimation Method of Wave Energy Converter by 3D Vortex Methods
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18H01644
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
永田 修一 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (30404205)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高尾 学 松江工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (00332057)
石田 茂資 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (30360712)
今井 康貴 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 准教授 (90284231)
村上 天元 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 准教授 (90611278)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 波力発電 / 浮体式振動水柱型 / 発電性能 / 粘性流体解析 / 3次元渦法 / 境界要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、流速と渦度を未知量とする3次元渦法をベースに、水面の非線形性、浮体表面から発生し、流体中に放出される渦の拡散影響を正確に考慮して、3次元浮体の運動を時間的に追跡する高速の粘性流体解析法を開発して、この手法を浮体型の振動水柱型(OWC)波力発電装置に適用して、装置の最適設計を行うことを目的としている。平成31年度は、まず、この解析法の実現可能性を示すために、この解析の次元を一つ下げた2次元浮体運動問題に関して、昨年度に提案した計算手法を適用して、その有効性を示した。具体的には、水面に浮かんだ矩形及び三角形断面を持つ係留浮体の時系列運動に関する計算値と実験値がよく一致することを確認した。次に、この方法を3次元問題に適用するため、計算法の定式化を行った。具体的には、この3次元解析法が、流速と渦度に関する２つの積分方程式と１つの微分方程式（渦度方程式）を用いる方法であることを示した。また、渦度方程式を解く際に、Viscous Splitting法を用いることにより、粘性流体の問題が、未知量が境界面上に存在する未知量を求める境界要素法を用いて解けることを示した。
また、昨年に引き続き、OWC型波力発電装置への適用の際の検証データの取得を目的に、2次元造波水槽に空気室、衝動型空気タービン、発電機を備えた固定式振動水柱型波力発電装置を設置して、波浪やタービン等の条件を変化させた実験を行った。
さらに、浮体式のOWC型波力発電装置の設計では、風・波作用下での装置の運動推定が必要となるので、計算法の検証データ取得のために、2次元造波水槽に、新規に製作した送風装置を設置して、風・波作用下での浮体の挙動実験も実施した。
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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
本研究の目的は、流速と渦度を未知量とする3次元渦法をベースに、水面の非線形性、浮体表面から発生し、流体中に放出される渦の拡散影響を正確に考慮して、3次元浮体の運動を時間的に追跡する高速の粘性流体解析法を開発することであるが、平成31年度は、2次元問題を対象に、波浪中の浮体運動に関する計算を、3次元解析法手法と同様な手法で行い、計算値と実験値を比較することにより、解析法の有効性を示した。このことより、2次元解析法で用いた手法を3次元問題に拡張することにより、3次元解析法の作成が可能なことが確かめられた。
また、渦法を用いた粘性流体解析の基礎方程式を、流体力学の基礎方程式から誘導して、粘性流体解析に、未知量が流体境界のみに存在する場合の解法である境界要素法が適用できるなど、この解析法の優れた特徴を明確にした。
さらに、浮体式のOWC型波力発電装置の設計では、風・波作用下での装置の運動推定が必要となるので、2次元造波水槽に、新規に製作した送風装置を設置して、風・波作用下での浮体の挙動実験も実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに実施した2次元解析法に関する研究によって、3次元解析法の構成要素である各種計算部分の有効性が示された。今後は、今回作成した2次元解析法を3次元解析法に拡張する。その際、計算の高速化のために、境界積分方程式の解法に高速多重極法も導入を検討する。作成した計算手法を用いて、浮体式の振動水柱型波力発電装置 “後ろ曲げダクトブイ”を対象に、波浪、空気流、浮体運動、タービン等の装置全体系に関する一体解析等を実施して、別途実施している水槽実験結果と比較することにより、計算法の有効性を示した後、波力発電装置の最適設計を行う予定である。
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