| 研究課題/領域番号 |
12680500
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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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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| 研究分野 |
エネルギー学一般
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| 研究機関 | お茶の水女子大学 |
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研究代表者 |
河村 哲也 お茶の水女子大学, 大学院・人間文化研究所, 教授 (40143383)
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| 研究分担者 |
林 農 鳥取大学, 工学部, 教授 (00093063)
佐藤 浩史 お茶の水女子大学, 大学院・人間文化研究所, 教授 (10017197)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2002
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| キーワード | 風力エネルギー / 非圧縮系流れ / 数値シミュレーション / サボニウス風車 / クロスフロー風車 / ジャイロミル風車 / ダリウス風車 / 流れの可視化 / NAVIER-STOKES EQUATION |
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| 研究概要 |
本研究の主要目的は乾燥地における揚水用風車まわりの流れを解析して基礎的なデータを集め、既存の風車の改良や新型の風車の提案を行うことにある。そこで、平成12年度は構造が簡単で流れの特徴もつかみやすいサボニウス風車に限定して、サボニウス風車まわりの流れの解析を行った。基礎方程式として2次元非圧縮性ナビエ・ストークス方程式を用い、風車とともに一定角速度で回転する回転座標系において基礎方程式を表現した。解法はMAC法を用い、高レイノルズ数流れに対応するため、ナビエ・ストークス方程式の非線形項は3次精度上流差分法で近似した。得られた計算結果を、流速ベクトルや等圧線を用いて可視化して、回転角による流れ場の差を詳しく調べた。
平成13年度は遮蔽板を置いた場合のサボニウス風車まわりの流れを計算し、遮蔽板によって2倍以上の効率が得られることを明らかにした。さらに、今までは風車が定常回転を行った後の計算であったが、より実用的な計算を行うために、風車が静止状態から定常回転なるまでを計算可能な計算法を考案した。また、前年度の成果をもとに、計算の3次元化を行い、より現実に近い状況での流れ場の解析を行った。具体的には、サボニウス風車のブレードの上下端に取り付けられている端板の影響の評価や風車の横幅と高さの比が風車の効率に及ぼす影響の見積もり等を行った。
14年度はサボニウス風車以外の垂直軸・効力型風車であるクロスフロー風車について、まず2次元、3次元のシミュレーションを行って流れ場やトルク係数などに関する情報を集めた。一方、風力発電用の風車に対しても今までに本研究で開発した数値計算法を適用し、基礎的なデータを収集した。具体的には垂直軸揚力型のジャイロミル風車まわりの2次元計算やダリウス風車、プロペラ風車まわりの流れの3次元計算も行った。
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