Elucidation of cavitation erosion characteristics of a cross-flow turbine blade for utilizing undeveloped hydropower

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04964
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: Iio Shouichiro 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (80377647)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: クロスフロー水車 / 水車性能

Outline of Final Research Achievements

To effectively harness untapped hydraulic energy, we conducted an in-depth study on cross-flow turbines, which, while generally less efficient than other turbine types, offer significant economic advantages. Our research centered on how modifications to the casing shape could improve turbine efficiency, mitigate vibration noise, and reduce cavitation-persistent challenges in turbine performance. The findings demonstrated that strategic design adjustments to the cavity and guide wall within the casing markedly enhance turbine efficiency and substantially suppress vibration and noise. Furthermore, the study pinpointed that cavitation is partially triggered by the pressure drop at the nozzle tip, providing crucial insights for future turbine design enhancements.

Free Research Field

流体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

未開発の水力エネルギーを効果的に利用するためクロスフロータービンに関する詳細な研究を実施した。本研究では、ケーシングの形状をどのように変更すればタービン効率を向上させ、振動ノイズを緩和し、タービン性能の永続的な課題であるキャビテーションを低減できるかということである。その結果、ケーシングのキャビティとガイド壁を最適に設計することで、タービン効率が向上し、振動・騒音が大幅に抑制されることが実証された。さらに、キャビテーションがノズル先端の圧力損失によって部分的に引き起こされることを突き止め、将来の水車設計に重要な知見を提供した。