| 研究課題/領域番号 |
19K04165
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 滋賀文教短期大学 (2020-2021)
お茶の水女子大学 (2019) |
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研究代表者 |
河村 哲也 滋賀文教短期大学, その他部局等, 研究員(移行) (40143383)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 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 / 流体シミュレーション / 複数配置 / 回転装置 / 数値計算 / 垂直軸型 / 回転座標系の埋め込み |
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| 研究開始時の研究の概要 |
東日本大震災を契機に自然エネルギーの活用が重要になりつつあるが，代表的なエネルギー源である風力や太陽光は天候に左右される．そこで本研究では安定的なエネルギー源であり，かつ日本において潜在力が大きい海流や潮流を利用した海流・潮流発電に着目した．そして，数値シミュレーションを用い発電用回転装置の最適形状を決定する．具体的には，①流れの方向に左右されない垂直軸型回転装置と②水平軸型回転装置の中で海流・潮流発電に適している新型装置について，（1）海流・潮流に特徴的な流速パターン，（2）回転装置の複数配置という条件のもとで解析を行い，定量的データを得る．本研究の成果は海流発電の実用化に大きく寄与できる.
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| 研究成果の概要 |
海流発電の実用化を目指して、Ｓ字型、サボニウス型、Ｊ型の鉛直軸抗力型回転装置およびまぐろ型と呼ばれる新型の水平軸抗力型回転装置について、数値シミュレーションにより性能を調べた。発電装置全体の大きさを小さくするためには、複数の回転装置を近接して並べる必要があるが、その場合には回転装置間の相互作用が無視できない。そこで、鉛直軸回転装置については、特に相互作用に注目しながら、流れの角度や回転速度、装置間距離などを変化させて出力に及ばす影響を調べた。まぐろ型については、予想に反して、ブレードを前に大きく突き出した形状がもっとも高い出力が得られることが分かった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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