2017 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of the maximum efficiency of inline small hydroturbine
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16K18017
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
重光 亨 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (00432766)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 小水力 / インライン式小型ハイドロタービン / 二重反転形羽根車 / 軸方向圧力勾配 / 寸法効果 / Re数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
数インチの管路式農業用水路や簡易水道などに直接設置できるインライン式小型ハイドロタービンに関する研究は十分進んでおらず，その高効率化が強く求められている．本研究では，インライン式小型ハイドロタービンに二重反転形羽根車を採用し，その最高効率を実現する上で重要な軸方向圧力勾配，寸法効果，Re数に関する以下の研究成果を得ると同時に高性能モデルを考案し，数値解析において最高効率68%を実現した．
１．小型ハイドロタービンの軸方向圧力勾配の最適化 二重反転形小型ハイドロタービンの軸方向圧力勾配を実験的に調査し，数値解析により羽根間流れを明らかにした．これらの結果をもとに，羽根車のソリディティに着目し，高性能モデルを検討した．
２．小型化に伴う寸法効果が効率に及ぼす影響の解明 数値解析により，寸法効果に関連するチップクリアランスおよび翼厚みが性能に及ぼす影響を調査した．その結果，強度上可能な限り翼厚みを薄くし，チップクリアランスc/R=0.017を選定することが妥当であることが分かった．
３．ピコ水力発電におけるRe数と効率の関係の解明 Re数を100000～1000000まで変化させた場合の二重反転形小型ハイドロタービンの効率の変化についてCFDを活用し調査を行った結果，最高効率は63.7%～67.2%まで変化することが明らかとなった．
４．小型ハイドロタービンの最高効率の実現 軸方向圧力勾配に直結する羽根車のソリディティに着目し，性能改善を試みた結果，CFD解析において，最高効率68%を実現することができた．さらに，チップクリアランス，翼厚み，Re数に関する研究成果を活用し，新しいロータの設計・外注を実施したが，性能試験設備の構築に想定以上に時間を要したため，研究期間内に検証実験を実施することはできなかった．今後，実験設備の構築を行った上で，検証実験を実施していく予定である．
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