| 研究課題/領域番号 |
19K04165
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| 研究機関 | お茶の水女子大学 |
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研究代表者 |
河村 哲也 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 教授 (40143383)
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| 研究分担者 |
桑名 杏奈 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (00624628)
齋藤 文 成蹊大学, 理工学部, 助教 (00837510)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 海流発電 / 流体シミュレーション / 複数配置 / 回転装置 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は海流発電に適した回転装置の代表例として主として垂直軸抗力型のS字型回転装置をとりあげ、近接して２台設置された場合の相互作用に着目して数値シミュレーションする手法を開発した。また、次年度に向けて垂直軸直線翼型回転装置と水平軸まぐろ型回転装置に対するシミュレーションを行うためのテストプログラムを作成した。
S字型に対しては以下のとおりである。すなわち、一般に複雑な形状をもつ回転体のまわりの流れをシミュレーションする場合、回転体に固定した座標系を用いるのが計算精度の面から有利である。しかし、独立に回転する回転体が複数ある場合には回転座標系のとり方が問題になる。そこで複数の回転装置を個別に計算できるように領域分割してこの困難を回避した。個々の領域は外部領域と内部領域から成り立っているが、外部領域は長方形（直方体）形状をして複数の領域をつなげやすいようにしている。内部領域の中に回転装置をおくため、内部領域では回転座標系を用いている。内部領域と外部領域の間のデータの受け渡しには補間法が必要になるが、補間にともなう誤差が大きく、計算負荷が大きいなどの問題が生じる。そこで内部領域の外側境界および外部領域の内側境界を円形にすることによりこういった問題点を克服した。この方法を用いて、２台の回転装置まわりの流れの３次元シミュレーションにより、流れ場の解析を行い、トルク変動などの動特性を明らかにして、実用化に向けた基礎データを収集した。
直線翼型回転装置については、固定した長方形格子からなる領域に回転装置のブレードまわりの翼形に沿って、ブレード近傍に生成した格子が回転するという方法を考え、２次元のテスト計算を行い、プログラムの検証中である。
まぐろ型については、まず理想化したモデルについて３次元シミュレーションを行い、トルクに関連するパラメータの効果を調べた。
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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
S字型回転装置の相互作用を見積もることができるプログラムがほぼ完成し、実用上有用と考えられるデータを得ることができた。また、これらの成果を国際学会、国内学会で発表するとともに査読付きの論文誌にも投稿し、掲載された。直線翼型回転装置に対しては、計算法にさらなる工夫が必要であることが分かったが、見通しを得ることができた。まぐろ型回転装置に対して、簡略化モデルに対しては、３次元流れに対し問題なく計算できるプログラムを開発することができた。以上のことから本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度はS字型回転装置が２台近接しておかれた場合について注力した。計算法はほぼ確立できたと考えられるため、今後はパラメータスタディを行って、回転装置間の距離、回転方向、回転の位相差、流れの方向などのパラメータがトルクやパワーに及ぼす影響を調べる。本研究で開発した方法は原理的には回転装置が何台あっても使えるため、４台が隣接しておかれた場合も調べる。直線翼型回転装置のシミュレーションでは、2019年度のテスト計算で明らかになった、固定格子と回転格子とのデータの受け渡しのための補間法の精度の向上や、受け渡しをおこなったときの方程式の収束性の向上を目指してさらなる検討を行う。また３次元計算のためにプログラムを拡張する。まぐろ型回転装置のシミュレーションでは、2019年度の結果を踏まえ、ブレードの枚数や高さ、取り付け角、傾斜角など、トルクやパワーに影響を及ぼすと考えられるパラメータを系統的に変化させて回転装置の形状の最適化を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度に必要なスペックのコンピュータが想定よりも低価格で入手できたため，次年度使用額が生じた．次年度にさらなる高性能なコンピュータの購入へ使用する予定．
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