| 研究課題/領域番号 |
21K04964
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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31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
飯尾 昭一郎 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (80377647)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | クロスフロー水車 / 水車性能 / キャビテーション / 振動 / 模型試験 / CFD / 圧力分布 / はく離 / 振動騒音 / エロージョン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
構造が単純で部分負荷特性に優れるクロスフロー水車は流込み式の小水力発電所で積極的に採用されている。近年の再生可能エネルギーによる電力量増大の流れから、水車の部分負荷側の運転領域の拡大が望まれている。この場合、水車効率が低下するだけでなく、ランナ内の流れ場が不安定となり、場合によってはキャビテーション壊食によりランナブレードが損傷し、発電効率と寿命の低下が生じる。このクロスフロー水車におけるキャビテーションエロージョンの発生メカニズムについては未解明の点が多く、本研究では、その解明と低減方法を確立することを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
未利用水力エネルギーの利活用を目指し，他機種と比較して性能が低いものの経済性に優れるクロスフロー水車を対象に，これまで課題となっていた水車効率の改善，振動騒音の抑制，キャビテーション抑制について，ケーシング形状の影響に着目した研究を実施した．その結果，ケーシングにキャビティとガイド壁を設けることで，水車効率の改善，振動騒音の抑制を実現するとともに，キャビテーションの発生原因がノズル先端部での圧力低下が一因であることを特定し，キャビティがキャビテーションの抑制にも有効であることを示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
未開発の水力エネルギーを効果的に利用するためクロスフロータービンに関する詳細な研究を実施した。本研究では、ケーシングの形状をどのように変更すればタービン効率を向上させ、振動ノイズを緩和し、タービン性能の永続的な課題であるキャビテーションを低減できるかということである。その結果、ケーシングのキャビティとガイド壁を最適に設計することで、タービン効率が向上し、振動・騒音が大幅に抑制されることが実証された。さらに、キャビテーションがノズル先端の圧力損失によって部分的に引き起こされることを突き止め、将来の水車設計に重要な知見を提供した。
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