2014 Fiscal Year Annual Research Report
風レンズ風車の革新的三次元空力設計法の創出とそのベッツ限界への挑戦
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24360072
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
古川 雅人 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30181449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 和豊 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00344622)
森 英男 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70362275)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー / 風力 / 流体工学 / 風レンズ風車 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度において「風レンズ風車用翼車の三次元空力設計法」の構築を行い，２年度目には当該設計法と遺伝的アルゴリズム（GA）による多目的最適化手法とを組み合わせた「風レンズ・翼車の多目的最適空力設計法」を新たに創出するとともに，その最適設計法を適用して風レンズと翼車の空力設計を連成最適化することによりベッツ限界を超越することが可能であることを試作・試験によって示したことから，当初の計画以上の進展が得られていた．
以上の観点から，最終年度にあたる本年度においては，前年度に試作・試験によりベッツ限界の超越を確認できた設計モデルについて，風洞試験結果および三次元定常RANS解析結果を精査することにより，ベッツ限界をさらに大きく超越するとともに，設計作動点のみでなく，非設計作動点の空力性能が優れた，すなわち失速特性が良好な風レンズ風車を実現するための空力翼負荷分布に関する知見を得た．
具体的には，従来設計モデルと最適設計モデルを対象に設計点から失速点近傍までの作動条件について，風洞試験から得られた翼車の上流および下流での流速分布，ならびに三次元定常RANS解析から得られた翼面および風レンズ内面での限界流線のトポロジーを詳細に調べることにより，風レンズの集風効果，ならびに翼面および風レンズ内面でのはく離形態を把握した．その結果，最適設計モデルでは，翼先端部の翼負荷を高くとることで，翼車下流のディフューザ内面近傍の旋回速度成分が大きくなり，その遠心作用でディフューザ内面のはく離が抑制されているものの，翼先端部の高い翼負荷は翼直後でのディフューザ内面はく離を助長していることが明らかになった．一方，翼根元では，入射角が負となっており，ファンとして作動していることが分かった．以上により，翼負荷を翼先端部でやや減少させ，翼根元部で増加させることでさらなる高性能化が図れることが明らかとなった．
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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