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

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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。