3次元高速化渦法による海洋エネルギー利用装置の波浪中発電性能評価手法の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、高速多重極法とGPU技術等を導入して、大幅に高速化された3次元渦法をベースに、水面の非線形性、浮体表面から発生し、流体中に放出される渦の粘性拡散影響を正確に考慮して、3次元浮体の運動を時間的に追跡する高速粘性流体解析法を開発して、この手法を浮体型の振動水柱型(OWC)波力発電装置や浮体式洋上風力発電装置に適用して、装置の最適設計を行うことを最終的な目的としている。令和４年度は、計算法に関しては、流速と渦度を未知量とした粘性流体の基礎式を、境界要素法をベースとした渦法を用いて解く場合の課題対策として提案した、厳密な自由表面条件式と物体表面条件式に関して、①境界面からの渦の発生と吸収の現象表示に境界渦流束を用いる、②圧力に関する自由表面条件に渦度を考慮する、③物体表面の境界渦流束表示に流体圧力の勾配を考慮すること、に加え、速度ポテンシャルの計算に2次要素を用いる方法の有効性を調べるために、強制振動される自由表面を持つタンク内にある物体周りの2次元流体運動計算を行った。その結果、粒子法として扱う渦に関して、流体中から自由表面境界へ侵入する渦や、物体表面から発生した渦の物体表面への再付着の処理が重要であることがわかった。また、速度ポテンシャルの計算に2次要素を用いる場合には、物体の隅角点や自由表面と物体表面の交点に2重節点法を導入する必要があることがわかった。実験に関しては、昨年度に引き続き、タービン負荷をオリフィス負荷に置き換えたスパー型の浮体形式を持つ振動水柱型波力発電装置の模型を用いて、規則波中での一次変換効率の実験を行った。空気タービンを搭載した浮体式の後ろ曲げダクトブイ型波力発電装置についても規則波中実験を行い、波パワーから空気パワーやタービンパワーへの変換効率を計測した。また、波力発電用往復流型衝動タービンの性能に関しても引き続き検討を行った。