| 研究概要 |
我が国では,風力タービン設置可能な場所が海岸線・洋上を除くと,山岳・丘陵地域に限られるため,風力タービンへの流入風が持つ乱れ度が平均的に大きい.従って,欧米での風況精査に基づき設定された現状の国際規格・基準により設計された風力タービンでは,疲労負荷の見積もり等に誤差が生じ,所定の寿命・性能を得られない事例が報告されている.本研究は,風力タービンの翼およびロータ全体に働く変動空力荷重の推定手法確立を目的として,以下の研究を行った.
ロータ翼周りの3次元非定常流動現象が空力負荷に及ぼす影響(空力弾性効果)を明らかにするために,パネル法に基づき流動解析・負荷解析を行い,局所迎角との関係を明らかにするとともに,実験結果との比較検討を行い,数値解析手法の妥当性を検証した.
風力タービンへの流入風につき3次元乱流数値モデルを構築し,乱流強度・スペクトル・コヒーレンス等の乱流特性が,タービン翼非定常空力荷重に及ぼす影響を加速度ポテンシャル法に基づく空力負荷解析モデルを使用して調べると共に,ウィンドシアならびにヨー偏角等,複合的な流入風条件の影響を明らかにした.さらに,風力タービンロータとタワーとの相互干渉の問題を詳細に調べ,タワー・ロータ間距離とウィンドシアが翼に働く変動荷重振幅に対して大きな影響を及ぼすことを明らかにした.
また,乱流流入風モデルの入力条件となる大気乱流境界層の乱流特性について,従来提唱されている数値モデルの適用可能範囲を検証するために,複雑地形を対象とした風況精査を実施し,地形起伏が乱流強度・スペクトル・コヒーレンスに及ぼす影響を調べた.その結果,地形勾配の大きな場合には,乱流強度の増大,スペクトル・コヒーレンス特性の変化が生じることを明らかにした.さらに,小型水平軸風力タービンを用いた屋外実験により,上記の空力負荷解析手法・数値モデルの検証を行った.
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