| 研究概要 |
本研究の目的は,土木工事が不要で水路に置くだけで発電する環境融和型サボニウス水車の性能を向上することである.サボニウスロータは,半円弧状ブレード2枚から成る単純な構造であり,メンテナンス性,経済性,耐久性に優れる一方で,出力係数が低いことが実用化の妨げとなっていた.昨年度までの研究において,ロータ直径が水深の1/3程度の場合,ロータの設置高さと主流に対するロータの回転方向が出力特性に影響することが明らかとなり,最適設置条件において0.26の出力係数を得た.更なる性能向上を達成するために,位相つきロータについて検討した.ロータ中央でブレードに90°の位相差を設けた位相有りロータを設計・製作し,出力特性を評価した.実験は回流水槽にて実施した.位相差の影響を考察するために,ロータ内外部の流れの可視化も実施した.得られた具体的成果を以下に示す.
1) 位相無しロータと比較して位相有りロータでは,出力係数が高く,最大で14%増加することがわかった.また,ブレードに位相差を設けることで,ロータ姿勢角度による出力変動が大幅に抑制された.
2) 位相有りロータの中央断面では,ロータの軸方向に回転と同期して揺動する流れがあることが可視化計測から明らかになった.ロータ上流側から進みブレード凹面側へ流れ込む揺動流れはトルクの増大に寄与し,ロータ下流側へ抜ける揺動流れは戻りブレード凹面側の圧力回復に寄与することがわかった.この揺動流れが,位相有りロータで出力係数が増大する主要因である.
3) ロータ各段のアスペクト比が減少すると出力の低下を招くが,ブレードに位相差を設けたことによる出力増大効果の方が大きいために,総合的には出力効率が増大したと考えられる.
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