| 研究課題/領域番号 |
20K04258
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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 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
西 泰行 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (50585122)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022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: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 小水力 / 水車 / 軸流羽根車 / 集水装置 / 開水路 / 自由表面 / 進化的計算法 / 多目的最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、水深の浅い開水路流れを利用する集水装置付き軸流水車の性能特性を単相流れ場で制御することで、自由表面流れ場において高出力かつ低推力を実現しうる多目的最適化設計法を構築するとともに、集水増速作用を解明することを目的とする。そこで、水深の浅い開水路において出力増大に寄与しない圧力回復効果を抑え、背圧減少効果を高めることで、出力を最大化しつつ推力を低減させるべく、進化的計算法を用いて制御する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、水深の浅い開水路流れを利用する集水装置付き軸流水車の性能特性を単相流れ場で制御することで、自由表面流れ場において高出力かつ低軸推力を実現しうる多目的最適化設計法を構築することを目的とする。そこで、進化的計算法を用いた羽根車と集水装置の同時多目的最適化設計法を構築し、4つの性能特性を制御した。その結果、水深の浅い開水路において出力増大に寄与しない圧力回復係数を適度に減少させ、背圧係数を減少させることで水車本体を大幅に小型化でき、実際の開水路において軸推力がほぼ同等で水車出力が大幅に向上することが実証された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
風レンズ風車は単相流解析により性能評価が可能であるが、水深の浅い開水路で作動する集水装置付き軸流水車は自由表面を考慮した混相流解析による性能評価が必須であり、計算負荷が極めて大きく最適化が困難である。本研究では、水車出力や軸推力に加えて集水増速作用に関係する圧力回復効果や背圧減少効果を単相流れ場で制御することで、実際の開水路において高出力かつ低軸推力を実現する多目的最適化設計法を構築した。得られた成果は、様々な条件下の開水路において作動する水車を計算負荷の小さい単相流解析を用いて迅速に最適化するための多目的最適化設計法の構築とその設計指針の確立に資するものである。
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