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2014 Fiscal Year Research-status Report

水車導水部における自由表面流れの不安定性制御

Research Project

Project/Area Number 26820043
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

飯尾 昭一郎  信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (80377647)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywords液膜流 / 遠心力 / レイノルズ数 / 水車 / ゲルトラー数
Outline of Annual Research Achievements

液膜の流れ方向に曲率を持つ流路として,水平円柱側壁あるいはそれに類似する一定曲率の曲面に沿う液膜流は,最近普及に向けて研究開発が進んでいる小規模水車の水流導入,工業的には溶融金属から直接薄板を作るストリップ鋳造法や吸収冷凍器内の凝縮伝熱などと関連した流れである。この曲面に沿う液膜流では,遠心力に起因した不安定波動現象が液膜表面に生じ,筋状の定在的な波となって液膜表面の波状変形を引き起こす。
この定在波は,流体力学で扱う通常の波動とは異なり,流体に対し伝播速度をもたない液面上の静止した波である。本研究計画では,この曲面を水車の水流方向制御に応用することを想定しており、曲面上に定在波が形成されると水車への水流の作用位置が変化するため、水車性能の低下を招くことがわかっている。そこで本研究の目的は、第1に曲面上を流下する液膜流の流動形態解明と液膜安定化のための制御手法の確立、第2に上記制御技術の水車タービン導水用曲面部への応用である。本年度は,第1の目的を達成すべく曲面上を流下する液膜流の流動形態解明をおこなった。流動形態の評価にはレーザシートとハイスピードカメラを用いた水流断面形状の可視化計測と、レーザドップラー流速計(LDV)を用いた水流の速度分布計測を主に実施した。その結果、曲面上を流下する水流の速度と厚み(水深)に正の相関が認められるとともに、水流の厚みと曲面の曲率半径には負の相関があることがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた研究目的である「曲面上を流下する液膜流の流動形態解明と液膜安定化のための制御手法の確立」について達成できている。

Strategy for Future Research Activity

当初予定している計画どおり、定在波発生抑制技術を水車タービン導水用曲面部へ応用する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Investigation of blade angle of an open cross-flow runner2015

    • Author(s)
      Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Salisa Veerapun, Tomomi Uchiyama
    • Journal Title

      International Journal of Turbo and Jet-Engines

      Volume: 32(1) Pages: 65-72

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1515/tjj-2015-0005

    • Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Numerical simulation of water flow through nano-hydraulic turbine driven by rapid and shallow stream2014

    • Author(s)
      Tomomi Uchiyama, Shou Uehara, Shouichiro Iio, Toshihiko Ikeda, Yukio Ide
    • Journal Title

      Journal of Energy and Power Engineering

      Volume: 8 Pages: 1663-1672

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of Plasma-Neutral Collisions on Probe Measurements in Atmospheric Pressure Plasmas2014

    • Author(s)
      N. Ezumi, K. Takahashi, T. Yoshida, Y. Hatada, Y. Hayashi, C. Uchiyama, S. Iio, K. Sawada, N. Ohno, and Zh. Kiss’ovski
    • Journal Title

      Contributions to Plasma Physics

      Volume: 54(3) Pages: 304-307

    • DOI

      http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ctpp.201410074/abstract

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of flow condition on undershot water wheel performance2014

    • Author(s)
      Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Tomomi Uchiyama, Toshihiko Ikeda
    • Journal Title

      International Review of Mechanical Engineering Journal

      Volume: 8(6) Pages: 1005-1011

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.15866/ireme.v8i6.4707

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Open-type cross-flow turbine with curved channel (Effect of channel angle on water surface stability)2014

    • Author(s)
      Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Kaika Kimoto, Salisa Veerapun
    • Journal Title

      International Review of Aerospace Engineering

      Volume: 7(6) Pages: 187-191

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.15866/irease.v7i6.4794

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of runner position on performance for open type cross-flow turbine utilizing waterfalls2014

    • Author(s)
      Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Salisa Veerapun
    • Journal Title

      International Review of Mechanical Engineering Journal

      Volume: 8(6) Pages: 1012-1016

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.15866/ireme.v8i6.4900

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 蛇口に設置した小型水車の開発結果2015

    • Author(s)
      内藤貴之,町田洋弘,飯尾昭一郎
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 第52期総会・講演会
    • Place of Presentation
      新潟工科大学(柏崎市)
    • Year and Date
      2015-03-07 – 2015-03-07
  • [Presentation] 落差工で利用する小容量プロペラ水車の開発2015

    • Author(s)
      野田琢真,飯尾昭一郎,片山雄介,塩崎明,鈴木健介,加藤康司
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 第52期総会・講演会
    • Place of Presentation
      新潟工科大学(柏崎市)
    • Year and Date
      2015-03-07 – 2015-03-07
  • [Presentation] Effect of inlet blade angle on power performance for open type cross-flow turbine2014

    • Author(s)
      Yusuke Katayama and Shouichiro Iio
    • Organizer
      4th ASIA-PASIFIC FORUM ON RENEWABLE ENERGY 2014
    • Place of Presentation
      韓国(YEOSU)
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-20
  • [Presentation] Characteristics of pressure converter by Active Charge Accumulator for water hydraulic system2014

    • Author(s)
      Kenji ITO, Shouichiro IIO, Futoshi YOSHIDA, Ato KITAGAWA
    • Organizer
      The 9th JFPS International Symposium on Fluid Power 2014
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ(松江)
    • Year and Date
      2014-10-28 – 2014-10-31
  • [Presentation] Effect of flow direction control with curved channel for waterfall type turbine2014

    • Author(s)
      Kaika Kimoto, Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Toshihiko Ikeda
    • Organizer
      GRAND RENEWABLE ENERGY 2014
    • Place of Presentation
      東京ビッグサイト
    • Year and Date
      2014-07-27 – 2014-08-01
  • [Presentation] Influence of inlet flow condition on undershot type cross-flow turbine2014

    • Author(s)
      Yusuke Katayama, Nobuhiro Hayashi, Shouichiro Iio, Toshihiko Ikeda
    • Organizer
      GRAND RENEWABLE ENERGY 2014
    • Place of Presentation
      東京ビッグサイト
    • Year and Date
      2014-07-27 – 2014-08-01
  • [Presentation] 開放型貫流水車に関する研究(曲面状流路を用いた水流変動の抑制効果)2014

    • Author(s)
      片山雄介,木本海花,飯尾昭一郎
    • Organizer
      ターボ機械協会 第71回総会講演会
    • Place of Presentation
      東京大学(駒場)
    • Year and Date
      2014-05-09 – 2014-05-09
  • [Remarks] 研究代表者情報

    • URL

      http://soar-rd.shinshu-u.ac.jp/profile/ja.HecNbpkh.html

  • [Remarks] 研究代表者研究室情報

    • URL

      http://www.kankyo.shinshu-u.ac.jp/~iiolab/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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