2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of advanced global topology optimization methods and investigation of topologies of vertical axis wind turbines
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19K04138
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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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 応答曲面法 / 次元削減技術 / 高次元設計空間 / 数値流体力学 / ダリウス型風車 / 翼端板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高度な大域的最適設計技術の開発と共に、その垂直軸型小型風車の形態設計への応用を目指している。最適設計技術としては、応答曲面法に基づく大域的な最適設計手法を整備・拡張すると共に、固有直交分解等の技術を活用した、設計空間の低次元化手法について検討を進めた。設計空間の低次元化により、最適設計に関わる計算コストを低減する事が可能であり、その低次元化の状態から重要な設計知見を抽出する事も可能となった。また、DBSCANクラスタリングやサポートベクターマシンといった機械学習技術を活用した、高次元設計空間に対する効率的な最適設計手法についても検討を行い、その妥当性検証や、設計コストの更なる削減への検討を進めた。提案手法により80設計変数次元の最適化問題についても効率的に解くことができ、かつ既存手法であるBayesian手法を用いる場合に比べてモデル構築に関わるコストを大幅に低減できる事が確認された。本手法は70個の設計変数により定義された空力トポロジー最適設計問題にも適用しており、その有効性を確認する事ができた。
垂直軸型風車に関する検討事例としては、ダリウス型風車周りの三次元数値流体解析を用いて、複数のブレード翼を端部で結合する翼端板の形態に関する調査及び最適設計を行い、その有効性については実験性能評価を含めて検討を行った。また、二次元数値流体解析を用いてブレード翼枚数及びソリデティーの変化を許容した最適設計を実施できるような最適設計システムを構築・整備した。
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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
最適設計技術の開発については、設計空間の低次元化手法の検討や高次元設計空間における有効性検証も完了しており、当初の想定通りに進展している。垂直軸型風車における具体的な検討においても、翼端板形態やブレード翼枚数の変化を考慮した検討を進めており、計画通りに研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
垂直軸型風車の最適設計問題を複数の設計条件下で検討し、設計条件と最適形態との関係を明らかにして、その流体物理メカニズムの考察及び設計知見の抽出を行う予定である。また、得られた最適形態についてはその実験性能評価も行う予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響もあり、旅費の支出がなかったことがその主要因である。
今後の使用計画としては、実験装置系の拡充や、今後の成果発表費用、また研究補助者謝金等に充当する予定である。
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