2018 Fiscal Year Annual Research Report
Nonlinear Effects due to Variations of Volume and Configuration and Scale Effects of Airchamber of OWC Type WECs
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18H01646
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
居駒 知樹 日本大学, 理工学部, 教授 (50302625)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 振動水柱模型 / 強制動揺実験 / 空気室圧力特性 / 空気流量特性 / 縮尺影響 / 空気室体積影響 / 空気の圧縮影響 / 位相差 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
静止流体中で上下揺れによる強制動揺実験を実施した。実験では，圧力計で空気室の内部圧力を内壁側面と天井面の2ヵ所およびくし形の波高計によりOWC中央線上で線的に平均水面変動を計測した。櫛型波高計は模型に直接取り付けられており，強制動揺時に模型と一緒に動くため，実際に計測されるのは相対水位である。三分力計を強制動揺装置の下部に取り付けることで，強制動揺中に模型に働く全垂直荷重を測定した。模型は強制動揺装置から検力計を通して吊り下げられた。
模型概要：OWC模型は塩化ビニール製の正方形のOWC水面形状をもつ箱形で，OWCの水の出入り口は模型下部のタイプを採用した。模型はType A，BとCの3つのスケールで製作した。それぞれのタイプに対してさらに3つの模型深さ（全高）を設定したため，全9体の模型である。材料の塩ビ板の厚さはType AとBは10 mm，Type Cは5 mmであった。
実験結果：強制動揺振幅ζを変化させた結果を比較した。空気室内の水面と圧力変動が強制動揺振幅に比例せず，非線形影響が含まれると推察される結果を得た。空気室容積による相似則の影響について考察した。大気は常に一定であるため，空気の圧力の状態方程式は相似則に対して非線形である。位相差と空気圧縮率について考察した。各モデルの内部圧力振幅と内部圧力振幅の位相差から空気の圧縮率を考察した。位相差が-π/2のときには空気室のインピーダンスに剛性影響はなく，すべてがダンピングとして作用する。全ての結果から，位相差は高周波数帯において空気の圧縮性の影響があることを示唆する。そして，その影響は必ずしも大きくはないが，高周波数でより大きくなった。
理論計算を併用することで，この圧縮性の影響の程度を考察した。圧力や水面変動量には顕著な差が見られなかった。合わせて，CFD計算によって強制動揺問題を再現することを試みた。
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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
初年度に強制動揺装置を製作し，静水中での強制動揺実験を実施することが一番の目的であった。スケールを３つ設定し，それぞれに空気室体積を変化させられる模型を製作した。それら９体の模型を用いた強制動揺実験を実施できた。
これらのデータから基本的な縮尺影響の程度や空気の圧縮性の影響の程度を考察できた。また，理論計算との比較により，予測するうえで，圧縮影響が大きくないことの結果を得た。合わせて，CFD計算の試計算を実施し，今後はこれを駆使した非線形数値解析を可能とする環境が整備された。
以上の理由により，おおむね予定通りの進捗といえる。ただし，実験結果すべてが考察されていないなど，若干の遅れがあることから，当初予定どおりとは結論付けていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規にOWCの水中開口部が前面にある模型を製作し，静水中での強制動揺実験を実施する。開口部位置の違いにより，空気室内部圧力の情報の程度が異なり，前面開口の方が内部圧力を上昇させてパワーを得られる傾向がある。この模型を3つのスケールで9体以上製作し，H30年度と同様の基礎実験を実施する。合わせて，規則波中での固定実験（ディフラクション問題に対応）を実施して，基本特性を理解する。
合わせて，空気室内部の体積および形状の変化に伴う，圧力や一次変換特性の違いをみるために，模型を追加するとともに，製作された模型の内部にマニホールドなどを取り付ける。この状態での強制動揺実験や規則波中固定実験を実施する。
空気室の理論的モデル化をする。これまでは閉鎖系の断熱圧縮モデルを考慮してきたが，モデル化そのものを検討し直す。また，CFD計算による波浪場，装置圧力特性や，浮体施設になることを想定したグリーン波などの影響を考慮し，設計における問題点なども提起していく。
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