砂漠化防止・沙漠緑化に活躍する新技術風車の研究開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12792004
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 林 農 鳥取大学, 工学部, 教授 (00093063)
• 研究分担者: 神近 牧男 鳥取大学, 乾燥地研究センター, 教授 (20032310) ; 若 良二 鳥取大学, 教育地域科学部, 教授 (50032272) ; 原 豊 鳥取大学, 工学部, 助教授 (60242822) ; 山田 廣也 大同工業大学, 教授 (70075886) ; 河村 哲也 お茶の水女子大学, 大学院・人間文化研究科, 教授 (40143383)
• キーワード: 砂漠環境 / 風力発電実験風洞 / 先端技術風車 / 直接数値シミュレーション / サボニウス風車 / 回転翼周りの流れ / 脈動流 / 瞬間流

研究概要

飛砂走石と表現される荒涼とした冷涼帯砂漠があれば、灼熱地獄に悩まされ続ける熱帯砂漠もあり世界の砂漠は様々である。しかし、この最悪の気象条件が逆に世界最大の強風地帯を生み地上最大の太陽エネルギー供給地を提供するのであるから、地球には砂漠という資源が残されていることを忘れてはならない。とくに、世界の乾燥砂漠で安定して吹く強い風は大規模風力発電所の開発に最適な条件を提供している。しかし、沙漠の風は時として変動激しい脈動流となり、突風が吹き、時には激しく渦巻く瞬間流を伴うことが多い。そこで本研究では、昨年度製作した、これらの風況条件を再現できる砂漠環境風洞を用いて新案風車の性能試験に取りかかった。
開発し試作した新案風車は(1)プロペラ風車、(2)3段型サボニウス風車、の2種類である。サボニウス風車は平成13年度後半に入ってから製作(外注加工)に取りかかったため、十分な性能試験には至らなかった。プロペラ風車については、(a)直径1.2mの6枚ブレード風車、(b)直径1.2mの3枚ブレード風車、(c)直径0.8mの5枚ブレード風車、(d)直径0.8mの3枚ブレード風車、(e)直径0.8mの2枚ブレード風車、の5種類と、(f)市販風車Air303(直径1.16mの3枚ブレード風車)、(9)扇風機の羽根(直径0.3の3枚ブレード風車)の合計7種類について、そのトルク特性、出力特性の違いについて綿密に調べた。
その結果、ブレードの枚数が多いほどトルクが大きくなる傾向が確認された。しかし、枚数が増えることで失速の可能性が大きくなる。最大出力は6枚ブレードより3枚ブレードの方がやや大きいか、同程度であるといえる。市販のAir303は高速回転であるのに対して、試作した直径1.2m3枚ブレードの風車は周速比4.4の時、出力係数のピークに達する中速タイプであり、直径1.2m6枚ブレード風車は周速比2.8にピークのある低速タイプであることなどが分かった。さらに、試作した風車においてレイノルズ数の低下による失速角の減少と、ブレード後流による失速が生じていることが考えられる。今後、レイノルズ数が低い領域での翼型改善および迎え角の変動薇に対して急激な失速特性を持たないブレードの開発が必要である。

研究成果

• [文献書誌] 宮下 和子, 河村 哲也, 林 農: "サボニウス風車まわりの流れと動特性"日本流体力学会年会2000講演論文集. 435-436 (2000)
• [文献書誌] T.Kawamura, T.Hayashi, K.Miyashita: "Application of the Domain Decomposition Method to the Flow around the Savonius Roter"12th International Conference on Domain Decomposition, Methods, Edited by: Tony Chan, et al., Olivier Pironneau. 393-400 (2001)
• [文献書誌] T.HAYASHI, S.YAMASHITA, H.YAMADA, T.KAWAMURA: "Experimental and numerical study of the flow around the rotating Savonius rotor"Proc. of the European Wind Energy Conference, Copenhagen, Denmark. 398-401 (2001)
• [文献書誌] T.KAWAMURA, A.Shinohara, Y.Oosasa, T.HAYASHI: "Numerical Simulation and Visualization of the Flow Around the Cross Flow Turbine"Proc. of the European Wind Energy Conference, Copenhagen, Denmark. 402-405 (2001)