水車導水部における自由表面流れの不安定性制御

• 研究課題/領域番号: 26820043
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 信州大学
• 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)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 液膜流 / 遠心力不安定 / レイノルズ数 / ゲルトラー数 / 水車性能 / 定在波 / 遠心力 / 水車

研究成果の概要

凸面上を流下する水流の自由表面において、そのスパン方向に周期性を有する定在波が生じる。ハイスピードカメラとレーザーシートを用いて水流断面を観察した結果、この定在波は局所的な水流厚みの増減をともなっており、その振幅は水流速度と凸面部の曲率半径で整理できることがわかった。同様の流れ場となる滝用水車の導水部においてはランナに対する水流作用位置が好適域からずれ、水車性能が低下する。この傾向は流量が大きな条件ほど顕著であった。定在波の抑制方法として、導水部の曲面部に正接する平板角度を従来の鉛直方向（90度）から80度とすることで定在波の抑制と水車性能の向上が確認された。

研究成果

• [国際共同研究] Naresuan University(タイ)
• [雑誌論文] Numerical study on the flow and performance of an open cross-flow mini-hydraulic turbine (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Uchiyama, Shou Uehara, Haruki Fukuhara, Shouichiro Iio, Toshihiko Ikeda
  • 雑誌名: Journal of Power and Energy 巻: 229(8) 号: 8 ページ: 968-977
  • DOI: 10.1177/0957650915592260
• [雑誌論文] Investigation of blade angle of an open cross-flow runner (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Salisa Veerapun, Tomomi Uchiyama
  • 雑誌名: International Journal of Turbo and Jet-Engines 巻: 32(1) 号: 1 ページ: 65-72
  • DOI: 10.1515/tjj-2015-0005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical simulation of water flow through nano-hydraulic turbine driven by rapid and shallow stream (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Uchiyama, Shou Uehara, Shouichiro Iio, Toshihiko Ikeda, Yukio Ide
  • 雑誌名: Journal of Energy and Power Engineering 巻: 8 ページ: 1663-1672
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Plasma-Neutral Collisions on Probe Measurements in Atmospheric Pressure Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Ezumi, K. Takahashi, T. Yoshida, Y. Hatada, Y. Hayashi, C. Uchiyama, S. Iio, K. Sawada, N. Ohno, and Zh. Kiss’ovski
  • 雑誌名: Contributions to Plasma Physics 巻: 54(3) 号: 3 ページ: 304-307
  • DOI: 10.1002/ctpp.201410074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of flow condition on undershot water wheel performance (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Tomomi Uchiyama, Toshihiko Ikeda
  • 雑誌名: International Review of Mechanical Engineering Journal 巻: 8(6) 号: 6 ページ: 1005-1011
  • DOI: 10.15866/ireme.v8i6.4707
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Open-type cross-flow turbine with curved channel (Effect of channel angle on water surface stability) (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Kaika Kimoto, Salisa Veerapun
  • 雑誌名: International Review of Aerospace Engineering 巻: 7(6) 号: 6 ページ: 187-191
  • DOI: 10.15866/irease.v7i6.4794
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect ofrunner position on performance for open type cross-flow turbine utilizing waterfalls (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Salisa Veerapun
  • 雑誌名: International Review of Mechanical Engineering Journal 巻: 8(6) 号: 6 ページ: 1012-1016
  • DOI: 10.15866/ireme.v8i6.4900
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 水中衝動タービンの開発(ブレード形状の検討) (2016)
  • 著者名/発表者名: 畔上卓人，HOANG NGOC CHIEN，飯尾昭一 郎
  • 学会等名: 日本機械学会 北陸信越支部 第53期総会・講演会
  • 発表場所: 信州大学工学部（長野県・長野市）
  • 年月日: 2016-03-05
• [学会発表] Study on Open Type Cross - flow Turbine utilizing S mall W aterfalls ( Influence of Relative Position between Dropping Water Flow and a Runner) (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Katayama, S. Iio , S. Veerapun, T. Uchiyama
  • 学会等名: ISETS’15
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Study of Open Type Cross-flow Turbine ( Influence of Drop Position and Thickness Water) (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Tomomi Uchiyama, Salisa Veerapun
  • 学会等名: 13th AICFM（13th Asian International Conference on Fluid Machinery 2015）
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス（東京都）
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] 滝用水車の導水部に関する検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤代凌兵, 飯尾昭一郎, 片山雄介, 木本海花
  • 学会等名: ターボ機械協会 第73回 総会講演会
  • 発表場所: 東京大学 生産技術研究所（東京都）
  • 年月日: 2015-05-08
• [学会発表] 水流の厚みと落下位置の違いが開放型貫流水車の性能に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山雄介, 飯尾昭一郎
  • 学会等名: ターボ機械協会 第73回 総会講演会
  • 発表場所: 東京大学 生産技術研究所（東京都）
  • 年月日: 2015-05-08
• [学会発表] 蛇口に設置した小型水車の開発結果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内藤貴之，町田洋弘，飯尾昭一郎
  • 学会等名: 日本機械学会 北陸信越支部 第52期総会・講演会
  • 発表場所: 新潟工科大学（柏崎市）
  • 年月日: 2015-03-07
• [学会発表] 落差工で利用する小容量プロペラ水車の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野田琢真，飯尾昭一郎，片山雄介，塩崎明，鈴木健介，加藤康司
  • 学会等名: 日本機械学会 北陸信越支部 第52期総会・講演会
  • 発表場所: 新潟工科大学（柏崎市）
  • 年月日: 2015-03-07
• [学会発表] Effect of inlet blade angle on power performance for open type cross-flow turbine (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Katayama and Shouichiro Iio
  • 学会等名: 4th ASIA-PASIFIC FORUM ON RENEWABLE ENERGY 2014
  • 発表場所: 韓国（YEOSU）
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-20
• [学会発表] Characteristics of pressure converter by Active Charge Accumulator for water hydraulic system (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji ITO, Shouichiro IIO, Futoshi YOSHIDA, Ato KITAGAWA
  • 学会等名: The 9th JFPS International Symposium on Fluid Power 2014
  • 発表場所: くにびきメッセ（松江）
  • 年月日: 2014-10-28 – 2014-10-31
• [学会発表] Effect of flow direction control with curved channel for waterfall type turbine (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaika Kimoto, Yusuke Katayama, Shouichiro Iio, Toshihiko Ikeda
  • 学会等名: GRAND RENEWABLE ENERGY 2014
  • 発表場所: 東京ビッグサイト
  • 年月日: 2014-07-27 – 2014-08-01
• [学会発表] Influence of inlet flow condition on undershot type cross-flow turbine (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Katayama, Nobuhiro Hayashi, Shouichiro Iio, Toshihiko Ikeda
  • 学会等名: GRAND RENEWABLE ENERGY 2014
  • 発表場所: 東京ビッグサイト
  • 年月日: 2014-07-27 – 2014-08-01
• [学会発表] 開放型貫流水車に関する研究（曲面状流路を用いた水流変動の抑制効果） (2014)
  • 著者名/発表者名: 片山雄介，木本海花，飯尾昭一郎
  • 学会等名: ターボ機械協会 第71回総会講演会
  • 発表場所: 東京大学（駒場）
  • 年月日: 2014-05-09
• [備考] 研究代表者情報
  • URL: http://soar-rd.shinshu-u.ac.jp/profile/ja.HecNbpkh.html
• [備考] 研究代表者研究室情報
  • URL: http://www.kankyo.shinshu-u.ac.jp/~iiolab/