| 研究課題/領域番号 |
20K04231
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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18030:設計工学関連
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| 研究機関 | 日本文理大学 |
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研究代表者 |
原田 敦史 日本文理大学, 工学部, 准教授 (40612023)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023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)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 風力発電 / 流体工学 / 生物模倣技術 / 設計工学 / エネルギー機器 / エネルギー工学 / 自然エネルギー / 流体機械 / 流体機器 / 自然エネルギ / 最適設計 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究はコルゲート翼型タービンを有する風車の低速領域における効率改善と，強風環境下におけるタービンの破壊現象の解明および改善を進める。低速領域における効率の改善は，風速5m以下を対象として風洞実験により研究を行う。また，強風環境下におけるタービンの耐久性を改善するための実験は，風速を周期的に変えることができる風洞を製作し，自然風に近い速度変動を有する強風環境のもとで耐久試験を行い，壊れないコルゲート翼型風車の設計指針を示す。
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| 研究実績の概要 |
トンボの翅が持つ凹凸をヒントにしたコルゲート翼型風車は，風速0.5~5m/sにおいて高い性能が得られることが明らかにされている．これまでの研究は，この凹凸形状とエネルギー変換効率に注目した研究を中心に進めてきたが，本研究では強風下でも壊れない形状を明らかにすることを目的とする．この研究では，低風速において高いエネルギー変換効率を示し，さらに強風の環境下では壊れることのない凹凸形状の配置を実験から明らかにする．
コルゲート翼型タービンを持つ風力発電装置の破壊に関して，強風時以外においても発生することが風洞実験より明らかにされた。この現象は，翼の断面形状などによっても異なり，比較的低速領域でも確認することができ，本研究においては，これらの特性を明らかにするため，回転量およびトルクの計測結果より，振動を起こしながら不安定な振る舞いをするデータの存在が明らかにし，本研究に注目すべき風車の破壊につながっていることが予想することができた。複数回の風洞実験などのデータの検証により再現性も示されており，今後の研究によってさらに詳細に明らかにしていく必要がある。とくにタービンの持つ固有振動数と回転量との関係などを詳細に明らかにすることによって，原因を特定することが可能であると考え，発電機の抵抗値などを変化させた場合の振動が発生する回転数や風速との関係に関して何らかの傾向があることがデータにより，示すことができた。今年度の研究に関しては，破壊する点が強風時ではなく，共振を起こす条件が主要因であることが示すことができたため，今後の研究により，さらにこれらを詳細に示していくことにより，風車の破壊を示すことができるものではないかと予想される。
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