| 研究課題/領域番号 |
21K04963
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
|
|---|
| 研究機関 | 金沢大学 |
|---|
研究代表者 |
河野 孝昭 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (90630921)
|
|---|
| 研究分担者 |
木綿 隆弘 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40225107)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
|
|---|
| キーワード | 垂直軸風車 / V形ダリウス風車 / 出力特性 / 風荷重 / 後流 / 風洞 / 数値流体解析 / ピッチ角 / CFD / コーニング角 / 風洞実験 / 数値流体力学 / 乱流 / 出力 / 出力係数 / トルク係数 / 乱流強度 / ねじり翼 / ストレート翼 / 風車 / 風力発電 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
浮体式洋上風力発電の主力電源化には、風車の出力効率の向上、風車や浮体構造物の製造コストやメンテナンスコストの大幅な低減が大きな課題である。本研究では、風車や浮体構造物の大幅なコスト低減が期待できる新たに考案した可変ピッチ式V形ダリウス風車について、風車出力を大幅に向上するピッチ角制御手法を開発し、さらに浮体構造物の設計で重要となる風車の風荷重特性およびウィンドファームの設計で重要となる風車後流特性を明らかにする。そのために、可変ピッチ式V形ダリウス風車用の翼素運動量理論に基づく2重多流管モデルを開発し、Matlab上で風車出力の最適化計算を行うとともに、風洞実験と数値流体力学解析を実施する。
|
| 研究成果の概要 |
ピッチ角がV形垂直軸風車の出力特性に与える影響については、翼端付近の2次元CFD解析に基づき設定した取付角から2°ピッチ角を変化させるだけで、急激に出力係数が低下することを明らかにした。ピッチ角以外にも、翼枚数や翼形状、コーニング角が出力特性に与える影響を明らかにした。風車後流特性については、風速減衰が大きく乱流強度が高い特性が，翼枚数や翼形状によらず風車戻り側でより顕著となること等を明らかにした。風荷重特性については、水平方向成分が鉛直方向成分に比べて顕著に大きくなり、アジマス角による翼のたわみ量の違いによって生じる遠心力の差が水平方向荷重に大きく寄与する可能性を指摘した。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
V形垂直軸風車に関する研究はほとんど行われていないのが現状であり、本研究で得られた基本的な出力特性、後流特性、荷重特性は、学術的に非常に価値がある。特に、ピッチ角を少し変化させただけで出力係数が顕著に減少するという知見は、強風時の過回転防止対策として活用できる。また、風荷重や遠心力による翼のたわみが出力特性や荷重特性に大きな影響を与えているという知見は、浮体式洋上風力発電に適したV形垂直軸風車の最適設計を行う上で非常に重要である。風車後流特性の知見は、V形垂直軸風車のウィンドファームの最適設計に活用される。
|
