| 研究課題/領域番号 |
17K00662
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
河野 孝昭 金沢大学, サステナブルエネルギー研究センター, 准教授 (90630921)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 垂直軸風車 / 空力騒音 / アーム / 断面形状 / 風洞実験 / 数値流体解析 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、直線翼垂直軸風車のブレードとアームについて、騒音源としての特性と風車出力性能に与える影響を解明し、出力性能を著しく損なうことなく空力騒音を低減させる対策の提案を行うことを目的としている。
2017年度は、アームの断面形状の違いが、空力騒音や風車出力の特性に与える影響について調べた。アーム断面形状としては、乱流流入騒音やエオルス音が柱状物体断面の曲率に依存することを考慮して、正方形、フィレット付正方形、円形とし、回転中の風車に取り付けられている状態での風車出力と騒音レベルの評価を風洞実験により実施した。また、数値流体音響解析によって、一様流中における各アーム断面形状の音響特性を調べ、風車騒音測定実験で得られた音響特性との違いを評価した。
その結果、フィレット付き正方形断面のアームを用いた場合の出力減少量が最少となり、正方形断面のアームを用いた場合の騒音レベルが最も高い値を示した。アーム断面形状の違いは、広い周波数帯の騒音レベルに影響を及ぼし、50-150Hz付近でエオルス音と考えられる騒音レベルのピークが確認された。一様流中でのアームは，風車に取り付けられたアームと同様に、正方形断面アームから発せられるエオルス音の周波数が最も小さく、高周波数帯域の音圧レベルが最も高くなったが、一様流中のアームと風車に取り付けられたアームとでは、フィレット付き正方形断面と円形断面のアームのエオルス音ピーク周波数及び、高周波数帯域での騒音レベルの大小関係が異なった。高周波数帯域で騒音レベルの大小関係が異なった原因の一つとしては、風車により生成された乱れがアームに流入することで発生する乱流流入騒音の有無が考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
3年間の研究の初年度にあたる2017年度は、（1）風洞実験によるアームの基本的な断面形状が空力騒音特性および風車出力特性に与える影響の評価、(2)数値流体音響解析によるアームの形状が渦挙動や騒音伝搬に与える影響の評価、を行うことを計画していた。（1）については、アーム断面形状の曲率が乱流流入騒音及びエオルス音に与える影響を評価するために、正方形、フィレット付き正方形、円形のアームを対象として、風洞実験を行った。なお、アーム断面形状を翼形にする事例もあることから、翼形形状や、さらに、翼形の後縁起因の騒音を抑制する形状のアームについて追加で評価する準備を行った。(2)については、当初予定していたスパコン上でソフトウェアOpenFOAMを用いて数値流体解析を行い、その結果を用いてソフトウェアActranにより数値音響解析を行うことが難しいと判明したため、120コアのPCクラスタ上でソフトウェアANSYSを用いて実施した。以上より、現在までの達成度としては、おおむね順調に進んでいると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
2018年度は、当初の計画に基づき、風車翼の後縁形状を鋸型にするなど、水平軸風車の翼に施される低騒音化対策を直線翼垂直軸風車の翼に適用した場合の騒音特性、出力特性について評価する。加えて、昨年度の計画に追加で行うことになったアームの断面形状を翼形等にした場合の騒音特性・出力特性の評価を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
3月に開催された学会への旅費へ充てる予定であったが、取りやめたため次年度使用額が生じた。軽微な金額であるが、翌年度分として請求した助成金と合わせて、アームの断面形状の加工に使用する。
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