揚・抗力型ハイブリッドによる高出力・高稼働率垂直軸風車のフィージビリティスタディ

升/阻混合式高输出、高可用性垂直轴风力发电机可行性研究

基本信息

批准号：
21K03887
负责人：
谷野忠和
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Kurume National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題は，同軸上に2つの異なる作動原理の羽根車，それぞれ外側に揚力型羽根車，内側に抗力型羽根車を互いに反転させて組み合わせるハイブリッド垂直軸風車を提案し，その可能性について，実験および数値解析による検討を行うものである。２年目までの実験的検討の計画は，供試風車模型および出力性能試験装置の設計・製作であるが，課題は，揚力型および抗力型羽根車双方を同軸上に互いに反転させる構造で，各羽根車を独立して回転数制御して，トルク・回転数計測が可能な供試模型の製作，出力性能試験装置の構築である。昨年度までに，3Dプリンタの利点を駆使してこれらの課題を解決する供試風車および出力性能試験装置を製作した。さらに，本供試風車を用いた出力性能試験も実施した。性能試験では，直径の異なる2種類の内側羽根車，外側羽根車は2通りの翼取付角，これらを種々組み合わせた実験を実施し性能評価を行った．加えて，最終年度に計画していた外側羽根車の起動特性試験についても改良した供試風車を製作して実験まで行い，内側羽根車の有無の比較を行った。数値解析による検討の計画は，2つの羽根車を有するハイブリッド風車の流れ解析が実施可能な環境整備と，解析による各羽根車の流れ場と性能との関係の把握である。これまでに，汎用計算機(2台)を追加導入し，複数の回転領域を有する数値流体解析(CFD)が可能な解析環境の構築，すなわち，本研究で用いているCFDソフトウェアOpenFOAM をVer.1.6からVer.4.1に更新し，初年度までに実験の供試風車を解析モデルとした解析ができることを確認し，２年目以降，予備検討で明らかとなった外側揚力型羽根車の実験との出力性能差の改善検討および，実験と同じ種々の条件での解析を実施中である。実験との出力性能の食い違いはメッシュなどの再検討で，やや改善されたがまだ十分ではなく継続して検討を行っている。

该项目的目的是提出一种混合式垂直轴风力发电机，将两个不同工作原理的叶轮组合在同一轴上，外部为升力叶轮，内部为阻力叶轮，并进行反转和数值分析。第二年的实验研究计划是设计和制造一个测试风力涡轮机模型和一个输出性能测试装置，目的是制造一个可以通过控制每个转速来测量扭矩和转速的测试模型。独立叶轮，构建输出性能测试装置。到去年，我们已经生产了测试风力发电机和输出性能测试设备，充分利用3D打印的优势来解决这些问题。此外，还使用该测试风力涡轮机进行了输出性能测试。在性能测试中，我们使用两种不同直径的内叶轮、两种不同叶片安装角度的外叶轮以及它们的各种组合进行了实验，以评估其性能。此外，针对计划于最后一年进行的外叶轮启动特性试验，制作并测试了改进型试验风机，并对有内叶轮和无内叶轮的风机进行了比较。使用数值分析的研究计划是创建一个允许对具有两个叶轮的混合风力涡轮机进行流动分析的环境，并通过分析了解每个叶轮的流场和性能之间的关系。到目前为止，我们已经额外引进了两台通用计算机，并创建了一个允许进行多个旋转区域的计算流体分析（CFD）的分析环境，即本研究中使用的CFD软件OpenFOAM。从Ver.1.6更新到Ver.4.1，并在第一年确认可以使用测试风力涡轮机作为分析模型进行分析从第二年开始，在初步研究中揭示了外部提升式叶轮。我们目前正在研究如何改善与之前实验相比的输出性能差异，并在与实验中使用的各种条件类似的条件下进行分析。通过网格划分等重新考虑了输出性能与实验的差异，虽然有所改善，但仍然不够，我们正在继续研究。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

揚・抗力型ハイブリッド垂直軸風車の予備的検討－2つの羽根車が同軸上で反転する風車の出力性能試験装置の開発－

升阻式混合垂直轴风力发电机的初步研究-两叶轮同轴旋转风力发电机输出性能测试装置的研制-

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
KANEKO Tomoaki;YOKOYAMA Hiroshi;SATO Mitsuru;NISHIKAWARA Masahito;YANADA Hideki;谷野忠和，元田航大，龍拓未，宮國健司
通讯作者：
谷野忠和，元田航大，龍拓未，宮國健司

ダリウス型とクロスフロー型とを組み合わせたハイブリッド垂直軸風車のOpenFOAMによる数値解析の検討

Darius型与横流型混合垂直轴风力机的OpenFOAM数值分析研究