鳥取大学再生可能エネルギー工学研究室

研究内容

2.垂直軸風車の3次元性に関する研究(翼端やアームの影響)

 直線翼垂直軸風車などの一般的な垂直軸風車では、図1に示すように、直線状の翼(図1では2枚)を風車の中心にある回転軸(図1では記載無し)に結合するための水平方向に伸びたアーム(図1では4個)が必要です。このアームには空力抵抗が発生して回転力の低下すなわち風車出力の損失をもたらしますので、風車の設計時には、翼を支える十分な強度を持たせた上で空力抵抗が大きくならないように、アーム断面形状を流線形にするなどの配慮が必要です。ただし、強度や製造コストの問題から、必ずしも、断面形状が流線形ではないアームが使用されることもあります。

 この研究では、アームの断面形状や大きさが風車の性能(回転力や出力)に及ぼす影響を調べるために、数値流体力学解析(CFD:Computational Fluid Dynamics)を行っています。図1はCFD解析を行うために、CADを用いて計算機上に作成した風車モデルの1例です。このような計算モデルをCFD解析ソフト(STAR-CCM+)に入力して計算を実行します。図2、図3は、解析結果の例であり、風車ロータ(翼やアーム)から放出される渦の様子を表示したものです。アームが無い場合(図2)に比べて、円柱状のアームを仮定した場合(図3)では、翼からだけでなく、アームからも多くの渦が放出されていて、空力抵抗が大きいことがわかります。CFD解析を行うことで、実験では計測が簡単ではない流体力の分布や流れの様子を予測することが可能です。

2枚翼の直線翼垂直軸風車のモデル
図1 2枚翼の直線翼垂直軸風車のモデル
図2 CFD解析で予測される風車ロータから放出される渦の様子 (アーム無しの場合)
図3 CFD解析で予測される風車ロータから放出される渦の様子 (円柱アームの場合)
Page
Top