| 研究課題/領域番号 |
21H01413
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22020:構造工学および地震工学関連
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
本田 明弘 弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (60620606)
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| 研究分担者 |
松田 寿 北海道科学大学, 工学部, 教授 (30595343)
千葉 隆弘 北海道科学大学, 工学部, 教授 (40423983)
久保田 健 弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (70400405)
内田 孝紀 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90325481)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
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| キーワード | 流体力学 / 可視化 / 降雪 / PIV / 風車 / 後流 / 風力発電 / 粒子画像流速測定法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
風車の後流に関して従来は平均風速の簡易モデルが用いられているが、後流の揺らぎや渦による乱れを含めた高度な観測が求められている。これに対して高価なスキャニングライダーを用いた観測では、空間分解能が数10m程度の平均的スカラー量であり、風車翼先端渦の減衰などの微視的な検討は難しい。
本研究では、風車ロータ近傍の流れを降雪による可視化結果を地上から撮影し流速ベクトルを評価する方法を拡張・改良し、風向に対して追随する風車ナセルに小出力の光源を搭載して撮影を行った画像をPIV処理し、更に風下距離も1km程度まで拡張することで風車後流の正確な挙動を追跡する技術を確立し、風車後流の予測モデルの提案につなげる。
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| 研究成果の概要 |
回転する風車の風下に生じる後流は複雑な流れ場で形成されており、従来は簡易的な工学モデルを適用して対応してきた。しかしながら現在の風車の大型化に伴う安全性リスクや多数の風車からなるウィンドファームとしての発電性能を確保するには、実際の現象に即したモデル化が必要である。
本研究では、３種類の大きさの実風車を対象に、降雪による風車後流の流れの可視化を実施して、定量的な評価を実施した。その結果後流の可視化領域はロータ直系の２倍程度まで翼端渦の挙動を明確にとらえることができた。さらに可視化画像をPIV処理して後流内部の流速分布も把握することが可能となった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
冬季の降雪という地域性のある流体可視化のシードを用いる必要があるが、学術的には実験室レベルでの流体実験よりも大きなスケールでの野外での流体現象を把握するための手法が得られたものと考えられる。
また本研究成果は、現地において実機で生じている現象をとらえることができ、設計時の設定と比較検討することでリスク評価につなげ、今後新設される計画への反映もさることながら、既存のウィンドファームの最適運転の制御ロジック構築にも反映できる。
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