2022 年度研究成果報告書

帆布翼式垂直軸抗力型風車の翼形状制御による低風速下での高性能化と性能定式化

研究課題

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研究課題/領域番号	20K12270
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分64050:循環型社会システム関連
研究機関	弘前大学
研究代表者	久保田健弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (70400405)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	垂直軸風車 / 帆布翼 / 空力性能 / 数値流体計算
研究成果の概要	8枚翼の垂直軸型風車の空力性能向上を目指した研究であって、実験に数値計算を併用して調査した結果、基本形である直線8枚翼風車では風車内部に流れ込む噴流（増速した流れ）が回転力に寄与していること、ならびにその噴流は逆方向への回転力を発生する翼が生成していることを突き止めた。風車の翼材に柔らかい帆布を用いて変形能を有した翼として、その形状を調整することで流れの制御を図り、風車性能は20％程度増加することを確認した。これと同時に本風車の仕様に起因して2次元数値流体計算が実験値を尤もらしく再現できない点の解決について検討、算術的な後処理で対応できることを見出したことで、性能の予測手法に目途をつけた。
自由記述の分野	風車工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	柔軟な帆布を翼とする垂直軸の抗力型風車において、ギアのような部品を使うことなく受風時の風の力だけで翼形状を制御する設計によって、固定翼風車と比して取り出せる出力を約20%向上、あるいはより低速から始動する仕様を見出した。これによりエネルギーとして利用しにくい地上付近（低層）の低風速でも風車利活用の可能性を高めた。また、充填率の高い風車に対する2次元数値流体計算（CFD）の結果が3次元構造体である実際の風車における実験値と合わないことについて考察、長大な時間を要する3次元CFDをせずとも2次元CFD結果に比較的簡便な後処理を施すだけで実機の性能をおよそ予測できるとの工学的に有用な知見を得た。