V形ダリウス風車のピッチ角制御手法の開発と風荷重・後流特性に関する研究

V型Darius风力机桨距角控制方法开发及风载荷及尾流特性研究

• 批准号: 21K04963
• 负责人: 河野 孝昭
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kanazawa University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04963/
• 关键词: 垂直軸風車; ピッチ角; 風洞実験; 数値流体力学; 乱流; 出力; 出力係数; トルク係数; 後流; 乱流強度; ねじり翼; ストレート翼; 風車; 風力発電; 風荷重; 風洞

本研究では、可変ピッチ式V形ダリウス風車について、風車出力を大幅に向上するピッチ角制御手法を開発し、さらに風車の風荷重特性および風車後流特性を明らかにすることを目的としている。2022年度は、固定ピッチ式V形ダリウス風車について、翼枚数および流入風の乱流特性が風車出力特性に与える影響を把握することを目的として風洞実験と数値流体力学解析を実施した。供試風車のブレードは、3Dプリンタにより作成し、ブレードの翼回転角αrを変化させることによりブレードのピッチ角を変化させた。また、ブレードはストレート翼とねじり翼に加えて通常翼を対象とした。全ての翼の翼型は、ブレード先端から中間点にかけてNACA0018とし、中間点からブレード下端にかけて強度を高めるためにNACA0050へ滑らかにシフトさせてある。ストレート翼とねじり翼はαr=0°のときの上から見た翼型がNACA0018等の翼型であり、通常翼は翼回転軸に直交する断面形状がNACA0018等の翼型となっている。流入風は、一様流に加えて、二重動的乱流格子により作成した乱流強度18%で積分スケールの異なる3種類の乱流を対象とした。一様流の風洞実験の結果、翼枚数が3枚の場合の方が2枚の場合よりも最適周速比が明らかに高くなることが確認された。また、通常翼よりもストレート翼やねじり翼の方が最適周速比および最大出力係数は明らかに高くなった。数値解析の結果、翼形状の違いによって，翼前縁付近で正の翼回転軌道接線方向に力が働く領域や正の翼回転軌道接線方向に働く力と負の翼回転軌道接線方向に働く力の割合に違いが生じ、それらが出力特性に大きな影響を及ぼしている可能性が高いことが分かった。乱流の風洞実験の結果、一様流の場合と比較して最適周速比が低くなった。さらに、積分スケールが風車直径程度の場合には、最適周速比がより低くなることが確認された。

This study で は, - ピ ッ チ type V ダ リ ウ ス windmill に つ い て output を に sharply upward, windmill す る ピ ッ チ Angle system method of equestrian を open 発 し, さ ら に の windmills wind load characteristics お よ び windmill を flow characteristics after Ming ら か に す る こ と を purpose と し て い る. 2022 annual は, fixed ピ ッ チ type V ダ リ ウ ス windmill に つ い て, wing number お よ び inflow turbulence wind の が windmill output characteristic に and え る influences を master す る こ と を purpose と し て wind tunnel be 験 と the numerical fluid mechanics analytical を be applied し た. Selected windmill の ブ レ ー ド は, 3 d プ リ ン タ に よ り し, consummate ブ レ ー ド の wing back planning Angle alpha r を variations change さ せ る こ と に よ り ブ レ ー ド の ピ ッ を チ Angle variations change さ せ た. ま た, ブ レ ー ド は ス ト レ ー ト wing と ね じ り wing に plus え て wing を usually like と seaborne し た. All て の wing の airfoil は, ブ レ ー ド apex か ら intermediate point に か け て NACA0018 と し, intermediate point か ら ブ レ ー ド bottom に か け て strength を high め る た め に NACA0050 へ slide ら か に シ フ ト さ せ て あ る. ス ト レ ー ト wing と ね じ り wing は alpha r = 0 ° の と き の on か ら see た airfoil が NACA0018 etc. の airfoil で あ り, usually wing は wing back planning axis に rectangular す る cross-section shape が NACA0018 etc. の airfoil と な っ て い る. Into the wind は, others in flow に and え て, double of turbulence grid に よ り made し た turbulence intensity 18% で integral ス ケ ー ル の different な る 3 kinds の turbulence を like と seaborne し た. Flow の others in wind tunnel be 験 の results, wing の three several が の party が two の occasions よ り も optimum speed が Ming ら か に high く な る こ と が confirm さ れ た. ま た, usually wing よ り も ス ト レ ー ト wing や ね じ り wing の party が optimum speed お よ び maximum efficiency coefficient は Ming ら か に high く な っ た. The numerical analytical の results, wing shape の violations い に よ っ て, wing before try paying nearly で is の wing back planning rail connection direction に force が 働 や く field is の wing back planning rail connection direction に 働 く force と negative の wing back planning rail connection direction に 働 く force の cut close に violations い が じ, そ れ ら が output characteristic に big き な influence を and ぼ し て い likely が る い こ と が points か っ た. The experimental results of the turbulent wind tunnel show that in the same flow situation, the と comparison shows that the most suitable speed ratio of て is が lower than くなった. Youdaoplaceholder0, integral スケ が が が が the diameter degree of the windmill according to the situation に とが, the optimal speed ratio がよ is relatively low くなる とが とが confirm された.

项目成果

V 型垂直軸風車の出力及び後流特性に関する研究

V型垂直轴风力机出力及尾流特性研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Zabihullah Mahdi;Kazunori Abe;Khwaja Naweed Seddiqi;Hikari Fujii;少路拓洋， 河野孝昭，木綿隆弘，小松 信義
• 通讯作者: 少路拓洋， 河野孝昭，木綿隆弘，小松 信義

Experimental study on output characteristics of V-type vertical axis wind turbine

V型垂直轴风力发电机出力特性试验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Sakurai,H.;Kono,T.;Kiwata,T.;Komatsu,N.;Oi,S.
• 通讯作者: Oi,S.

V 形垂直軸風車の出力に流入風の乱流特性が与える影響

来风湍流特性对V型垂直轴风力机出力的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 阿部 頌;河野 孝昭;木綿 隆弘;小松 信義;小野寺 康紀
• 通讯作者: 小野寺 康紀

Numerical Investigation of Effects of Controlling Eccentric-Link Length of Variable-Pitch Straight-Bladed Darrieus Wind Turbine with Linkage Mechanism

连杆机构控制变桨距直叶片Darrieus风力机偏心连杆长度效果的数值研究

• DOI: 10.11333/jwearonbun.46.4_29
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Wind Energy,JWEA
• 作者: 定池 隆宏;河野 孝昭;木綿 隆弘;小松 信義
• 通讯作者: 小松 信義

金沢大学流体工学研究室

金泽大学流体工程实验室