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2017 年度 実績報告書

インライン式小型ハイドロタービンの最高効率の実現

研究課題

研究課題/領域番号 16K18017
研究機関徳島大学

研究代表者

重光 亨  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (00432766)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード小水力 / インライン式小型ハイドロタービン / 二重反転形羽根車 / 軸方向圧力勾配 / 寸法効果 / Re数
研究実績の概要

数インチの管路式農業用水路や簡易水道などに直接設置できるインライン式小型ハイドロタービンに関する研究は十分進んでおらず,その高効率化が強く求められている.本研究では,インライン式小型ハイドロタービンに二重反転形羽根車を採用し,その最高効率を実現する上で重要な軸方向圧力勾配,寸法効果,Re数に関する以下の研究成果を得ると同時に高性能モデルを考案し,数値解析において最高効率68%を実現した.
1.小型ハイドロタービンの軸方向圧力勾配の最適化  二重反転形小型ハイドロタービンの軸方向圧力勾配を実験的に調査し,数値解析により羽根間流れを明らかにした.これらの結果をもとに,羽根車のソリディティに着目し,高性能モデルを検討した.
2.小型化に伴う寸法効果が効率に及ぼす影響の解明  数値解析により,寸法効果に関連するチップクリアランスおよび翼厚みが性能に及ぼす影響を調査した.その結果,強度上可能な限り翼厚みを薄くし,チップクリアランスc/R=0.017を選定することが妥当であることが分かった.
3.ピコ水力発電におけるRe数と効率の関係の解明  Re数を100000~1000000まで変化させた場合の二重反転形小型ハイドロタービンの効率の変化についてCFDを活用し調査を行った結果,最高効率は63.7%~67.2%まで変化することが明らかとなった.
4.小型ハイドロタービンの最高効率の実現  軸方向圧力勾配に直結する羽根車のソリディティに着目し,性能改善を試みた結果,CFD解析において,最高効率68%を実現することができた.さらに,チップクリアランス,翼厚み,Re数に関する研究成果を活用し,新しいロータの設計・外注を実施したが,性能試験設備の構築に想定以上に時間を要したため,研究期間内に検証実験を実施することはできなかった.今後,実験設備の構築を行った上で,検証実験を実施していく予定である.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Numerical Analysis of Contra-Rotating Small Hydro-Turbine with Cylinder Spoke2018

    • 著者名/発表者名
      Nan Ding, Toru Shigemitsu, Zhao Shengdun, Yasutoshi Takeshima
    • 雑誌名

      International Journal of Fluid Machinery and Systems

      巻: 11 ページ: 21-29

    • DOI

      https://doi.org/10.5293/IJFMS.2018.11.1.021

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Study on performance of contra-rotating small hydro-turbine with thinner blade and longer front hub2018

    • 著者名/発表者名
      Nan Ding, Toru Shigemitsu, Zhao Shengdun, Yasutoshi Takeshima
    • 雑誌名

      Renewable Energy

      巻: 117 ページ: 184-192

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.10.046

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Numerical Analysis of Contra-Rotating Small Hydro-Turbine with Cylinder Spoke2017

    • 著者名/発表者名
      Nan Ding, Toru Shigemitsu, Zhao Shengdun, Yasutoshi Takeshima
    • 学会等名
      The 13th International Symposium on Experimental Computational Aerothermodynamics of Internal Flows
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Tip Clearance on Performance and Internal Flow of Contra-Rotating Small Hydroturbine2017

    • 著者名/発表者名
      Toru Shigemitsu, Tomofumi Ikebuchi, Ding Nan, Yasutoshi Takeshima
    • 学会等名
      The 9th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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