2011 Fiscal Year Annual Research Report
次世代風車設計・開発用の流体-振動連成解析ツール構築
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22560164
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
長谷川 豊 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20198732)
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| Keywords | 風力発電 / 水平軸風車 / 数値解析 / 流体振動連成解析 / 屋外実験 / 流入風速推定 |
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| Research Abstract |
本研究は次世代大型水平軸風車の設計・開発に必要となる「流体-振動連成解析ツール」を構築することを目的とし、以下の研究課題を遂行することにより、解析ツールの提案・妥当性検証を行うものである。
・風車構造系の振動モデル構築と流体系空力解析モデルとの連成
・小型風力タービン実験に基づくデータ取得と連成解析モデル妥当性評価
・風車出力と風況の相関解析と空力解析モデルの妥当性評価
平成23年度は以下の3項目につき研究実施・研究準備を行った。
1.数値解析:平成22年度に構築した風車タワーに関する流体解析モデルにつき改良を行い、粘性効果を付加的に考慮した。その結果、流体負荷ならびに連成解析結果としての構造負荷に関して、特にロータ翼の回転軸方向成分につき解析結果の改善が見られた。また、翼ピッチ角制御時ならびにロータ回転数制御時におけるダイナミックインフロー効果につきモデル解析を実施し、空力負荷の過渡特性を明らかにした。
2.小型風車実験システム構築:空力・振動解析モデルの検証データを取得するために、平成22年度の設計・製作したロータ回転数制御を備えた屋外小型風力タービンにつき、新たに翼ピッチ角制御機構を付加した.現在,ロータ回転数制御と併せて同時制御するシステムを構築中である。
3.風況精査と風車出力特性計測:風車への流入風速・風向と風車軸トルク・回転速度を20Hzの周波数で同時計測して、ロータ回転数制御時の空力動特性につき実験を行い、数値解析結果との比較検証を行った。
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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
流体-構造連成解析モデルにつき概ね構築が完了し、流体解析モデル(タワー部)の改良により実験結果との比較的良い一致が得られるように改善された。運転制御時の過渡特性解析に関しては、モデル解析がほぼ完了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度は、構造系振動モデルに関して、ロータ軸方向とロータ回転方向のたわみモードに加えて、翼軸周りのねじりモードを考慮することにより、翼が大変形した際の影響を調査する計画である。また、解析結果検証用の実験システムに関しては、ロータ翼を自作すると共に、回転数・翼ピッチ角の同時制御システムを構築する計画である.そして構築した実験システムを用いて、複合的な運転制御時の空力負荷応答特性を計測する計画である。
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