2019 Fiscal Year Annual Research Report
Optimization and survivability of marine energy devices in a future ocean climate
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18H01537
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
猿渡 亜由未 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00563876)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮武 誠 函館工業高等専門学校, 社会基盤工学科, 准教授 (20435382)
ヘンリー マイケル・ワード 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80586371)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 波浪 / 潮流海流 / 海洋エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年まで開発を行っていた潮流エネルギー発電において流れを増速させるためのディフューザに，プロペラ回転部を付加するための研究を行った．プロペラ形状の設計を行い，小型模型の作成と室内実験を行った．プロペラの回転効率は流速に依存して変化し，ある程度の流速以上では一定値に漸近する特徴が明らかとなった．また，想定する発電サイトで想定される程度の低流速条件の場合では，高流速時と同等の回転効率を示すことが明らかとなった．
前年度にパラメータの調整を行った三次元海洋流れモデルを用いて，種々の経路で台風が通過する際に水面下に発達する内部波の発達過程について特徴化を行った．つまり，台風の通過と共に海洋内部にはポアンカレ波の分散関係をもつ内部波が発達し鉛直混合が進行するため，水温塩分等のスカラー場の変動とそれに応じた流速の振動が伴われる．
本研究予算により前年度に平面水槽用造波装置を新設した．前年から本年の前半までは水槽内の反射波の制御や調整等を行い，水槽内のテストセクション内にほぼ一様な水面波を形成することができるようになった．本年後半はこの水槽内に中型円錐構造物模型を設置し，それによる波浪の屈折，捕捉，集中過程を明らかにするための実験のセットアップを行った．
前年度気泡の寄与の重要性について明らかにした暴風波浪時の大気海洋間熱輸送現象についてより詳細に調査するために，気液間熱輸送現象を画像計測するための2色LIFの実験セットアップを行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画した各要素研究を概ね順調に進展させている．潮流発電デバイスの開発については昨年までに開発したディフューザに加えて，プロペラ回転部の設計を行い，開水路内における室内実験を通して内部の流速場の計測と回転エネルギーへの変換効率について基本的な特徴を明らかにすることができた．次年度行う予定の発電機構の開発についても順調に準備を進めることができている．
発電サイトにおける季節的な流れ場の特徴の変動に影響を与える内部波の発達過程についても，前年度に計算法のチューニングを行った三次元海洋流れモデルを用いた数値実験により，海域ごとの特徴を明らかにすることができた．現在のところ海洋スケールの解析にとどまっており，今後海洋エネルギーサイトにおける局所的な特徴についても詳しい調査を進める必要がある．
波浪エネルギーの増幅を目的とした円錐構造物周りの波の屈折，捕捉実験についても，昨年度から今年度前半にかけての中型平面水槽のセットアップを経て，今年度後半に実際の実験を開始することができた．前年度までに小型水槽内にて準備を進めてきた画像測定法もそのまま中型水槽実験に適用できる見込みであり，今後更なる実験を進めて知見を得ることができると考える．
また，前年度の海上現地観測結果から詳しい特徴を調べ始めた大気海洋間の熱輸送現象であるが，今年度はコントロールされた条件下で実験を行うことにより詳細な現象の解明をすることを目的として，水中温度分布の可視化実験の準備を開始した．まだ条件によっては可視化が上手くいくとは限らず更なる実験セットアップの改良が必要ではあるが，水温分布の画像計測が行える目途を立てることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
潮流海流エネルギーデバイスについては，ディフューザ付きプロペラ模型に発電機構を付加することにより，実際に設置するタービンに近いエネルギーデバイスモデルを作成し，その発電効率や周辺の物理環境への影響について室内実験並びに三次元数値解析を行い調査していく．前年度までにセットアップを行ってきた実験についても次年度は継続して準備を進めていきたい．波浪屈折実験については中規模平面水槽内で種々の波浪条件のもと実験を重ねる予定である．この際実験結果を，勾配を有する海岸への波浪の補足に関する波動理論に基づき実現象との比較，検討を試みる．また，気液間の熱輸送現象の可視化実験については，温度のコントロールをより精密に行えるような改良を実験装置に加え，より定量的な実験を進めていきたい．またこれまでの物理的な研究成果を踏まえ，海洋エネルギー事業の持続可能性を評価するための指標の構築も進める予定である．
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[Presentation] 砕波による海洋表層混合のパラメタリゼーションと台風に対する応答2019
Author(s)
髙木 雅史, 大塚 淳一, 山田 朋人, 猿渡 亜由未, 森 信人, 二宮 順一, 志村 智也, 内山 雄介, 馬場 康之, 水谷 英朗, 久保 輝広, 渡部 靖憲
Organizer
海岸工学講演会
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[Presentation] 海中混入気泡による超音波後方散乱と熱輸送2019
Author(s)
猿渡 亜由未, 森 信人, 渡部 靖憲, 大塚 淳一, 馬場 康之, 久保 輝広, 水谷 英朗, 志村 智也, 二宮 順一, 山田 朋人, 内山 雄介
Organizer
海岸工学講演会
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[Presentation] ディスドロメータを用いた海上における2013年夏季の降雨観測2019
Author(s)
岡地 寛季, 内山 雄介, 水谷 英郎, 山田 朋人, 渡部 靖憲, 猿渡 亜由未, 大塚 淳一, 森 信人, 馬場 康之, 久保 輝広, 二宮 順一
Organizer
地球環境シンポジウム
