Analysis of dynamic characteristics and optimization of shape of rotator for ocean current generation by CFD

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04165
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19010:Fluid engineering-related
• Research Institution: Shiga Bunkyo Junior College (2020-2021); Ochanomizu University (2019)
• Principal Investigator: Kawamura Tetuya 滋賀文教短期大学, その他部局等, 研究員(移行) (40143383)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桑名 杏奈 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (00624628) ; 齋藤 文 成蹊大学, 理工学部, 助教 (00837510)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 流体力学 / 数値シミュレーション / 海流発電 / 風車形状最適化

Outline of Final Research Achievements

Aiming at the practical application of ocean current power generation, we investigated the performance of S-shaped, Savonius-type, J-type vertical-axis drag-type rotary devices and new horizontal-axis drag-type rotary devices called tuna-type by numerical simulation. In order to reduce the size of the entire power generation device, it is necessary to arrange multiple rotating devices in close proximity, but in that case, the interaction between the rotating devices cannot be ignored. Therefore, for the vertical axis rotating device, we investigated the effect on the output by changing the flow angle, rotation speed, distance between devices, etc., paying particular attention to the interaction. As for the tuna type, contrary to expectations, it was found that the shape with the blade protruding greatly forward gives the highest power.

Free Research Field

流体力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

複数の回転装置が独立して回転する状況を精度よくシミュレーション可能な数値計算法を開発した。すなわち、全体領域を静止座標系で表示し、その中に回転装置とともに回転する座標系を埋め込むという方法を考えた。領域間の流れ場のデータの受け渡しで計算精度が落ちるが、接合領域を円周にすることにより計算時間や精度が改善された。このように数値計算法の改良という点で学術的意義がある。なお、この方法は回転装置の個数に影響されない。本研究では種々の回転装置に対して、出力に関係するパラメータを系統的に変化させてデータ収集を行ったため、海流発電の実用化に向けた基礎データの取得という意味で社会的意義がある。