| 研究概要 |
河川用の水車周辺の流況および回転出力の基本特性を把握し,現地設置用水車の設計のための基礎データを蓄積するために,以下の実験および数値解析を実施した.
(1)開水路流れ中の揺動羽水車周辺の流況および羽の運動特性に関する実験
開水路一様流中に模型水車を設置し,流量の変化に対する水車上下流の水位・流速の変化,水車の回転数および水車羽の運動パターンの変化を測定した.また水車軸のトルクを計測し,水車の回転出力および出力効率を算定し,羽の揺動限界を決めるストッパーの位置について考察を行った.
(2)水車羽周辺の流況および流体力の数値解析
差分法を用いた数値解析により,回転する水車羽周辺の流況のシミュレーションを行うと共に,水車の羽に加わる流体力を算出し,羽を支えるばねの強度の変化が水車羽の運動や流体力の1回転中の変動パターンに及ぼす影響を調べた.その結果,ばねが弱すぎると順流域から逆流域になる際に羽の反転が遅れるため逆回転トルクが発生し出力が低下すること,強すぎると順流域で正回転トルクを効果的に発生することができなくなることなどの羽挙動と水車出力の関係が分かった.
(3)河川用水車周辺の流況および圧縮空気製造特性に関する実験
クロスフロー水車とリニアクランク式の小型圧縮空気機を組み合わせた装置を用いて,開水路流れの持つ水力から圧縮空気を直接に発生させた.水平軸型および鉛直軸型のクロスフロー水車周辺の流れおよび空気製造量の測定結果を整理し,本システムによる圧縮空気製造の基本特性について考察した.流量の変化に対する水車上下流の水位の変化,水車回転数および空気発生量の変動を解析し,種々の水理条件下における有効落差水力と最大空気出力・圧縮空気製造効率との関係を明らかにした.
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