Performance improvement of vertical-axis Gyro-mill type wind turbine with deformation blades

变形叶片垂直轴陀螺磨式风力机性能改进

• 批准号: 18K11744
• 负责人: 菊川 裕規
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Oita 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: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K11744/
• 关键词: 再生可能エネルギー; 風力発電; ジャイロミル風車; モーフィング; 弾性翼; 風洞実験; 数値シミュレーション; モーフィング技術

再生可能エネルギーへの期待が高まっている中で，風力発電は発電単価も安く有用性が高いが，大型風車はメンテナンスコストや景観の問題等により積極的な導入が進んでいない．メンテナンス性が良く小型で高効率な風車が開発されれば有用性は高い．小型でも比較的高効率な風車としてジャイロミル風車に着目したが，起動トルクが小さく，高速回転時には破損の危険性がある．そこで，モーフィング技術を応用した弾性翼によるパッシブ制御を行うことで，相反する問題点を同時に解決する風車開発の着想に至った．本研究では，特殊風洞装置を用いて風車模型による実験と数値シミュレーションにより風車性能を向上させることを目指す．弾性翼として翼断面の後翼部分をPET素材による弾性フィルムで構成された三枚翼ジャイロミル風車を試作し性能試験を行った．その結果，後半部分の弾性フィルムが変形して起動トルクが向上し，高速回転時には遠心力の作用でブレーキが働くことでトルクが減衰することを確認した．しかし，従来の固定回転翼の性能曲線とは大きく異なり，期待したような高効率が得られなかった．そこで，まず弾性翼の流体的作用を明らかにし，最適な効果が得られるような弾性翼の設計方法を明らかにした．数値シミュレーションと高速度カメラを併用して回転中の弾性翼の変形量を明らかにし，変形量に応じて生じる流体的作用を考察した．次に，弾性係数の異なる複数の素材による弾性翼を製作し，変形量と変形形状の違いによる流体的作用を明らかにした．当初の計画では，弾性翼に加えて回転翼の周囲に集風効果と翼々干渉効果を期待してステーターを設置することで性能向上を目指す予定であったが，期待したような効果が得られないことが明らかとなったため，他の方法にて性能向上を目指す．さらに，本校所有のマルチファン型アクティブ制御乱流風洞の特徴を活かして変動気流での特性を明らかにする予定である．

The expectation of regeneration is high, the usefulness of wind power generation is high, and the problem of large windmills is high. Small size, high efficiency, windmill development, high usefulness. Small-sized windmills have a relatively high rate of operation, and when they start up, they are vulnerable to damage at high speeds. The problem is solved at the same time. This study aims at improving the windmill performance by using a special wind-tunnel installation. The rear wing part of the wing section is made of PET material. As a result, the second half of the property has changed shape and started to move upward. The effect of the remote force on the high speed return is confirmed. The performance curve of the fixed wing is different from that of the fixed wing, and the high efficiency is expected. The effect of fluid on the wing is discussed, and the optimal design method for wing is discussed. The effect of the fluid on the shape of the wing is investigated. Second, the difference between the coefficient of property and the number of materials, the formation of the wing, the shape of the shape and the effect of the fluid. The original plan was to increase the performance of the wing and to increase the performance of the wing. In this paper, all the characteristics of turbulence control wind tunnel in our school are analyzed and analyzed.

项目成果

Improvement of performance for compact vertical axis wind turbine using elastic wings on morphing technology

利用弹性翼变形技术提高紧凑型垂直轴风力发电机的性能

• 发表时间: 2019
• 作者: Hironori Kikugawa;Masato Shuto;Yuto Kawano;Saya Iwata; Masayoshi Kai and Ryuto Noda
• 通讯作者: Masayoshi Kai and Ryuto Noda

Improvement of Compact Darrieus-Type Hydraulic Turbine for Extra Low Head Small Waterway

特低水头小水道紧凑型Darrieus型水轮机的改进

• 发表时间: 2018
• 作者: Hironori Kikugawa;Yuto Kawano;Yuki Obata;Seiichiro Ito;Keita Kamei;Toshihiro Saito;Masato Shuto and Akinori Furukawa
• 通讯作者: Masato Shuto and Akinori Furukawa

Improvement of compact Darrieus-type hydraulic turbine for extra low head by changing inlet shape

改变进口形状对紧凑型Darrieus型超低水头水轮机进行改进

• 发表时间: 2020
• 作者: H Kikugawa;Y Kawano ;M Shuto and A Furukawa
• 通讯作者: M Shuto and A Furukawa

モーフィング技術を応用した弾性翼による小型垂直軸風車の 性能試験と弾性翼の流体的作用

利用变形技术和弹性叶片流体作用的小型垂直轴风力机弹性叶片性能测试

• 发表时间: 2020
• 作者: Samukawa Tetsuo;Shimomoto Kazuki;Suwa Haruhiko;加賀爪 優;菊川 裕規，首藤 聖人，田村 崚，阪本 倫太郎，姫嶋 萌木
• 通讯作者: 菊川 裕規，首藤 聖人，田村 崚，阪本 倫太郎，姫嶋 萌木

極低落差水力の有効利用に向けたハンディタイプ水車の開発研究

有效利用超低水头水力的轻便型水轮机研发

• 发表时间: 2018
• 作者: 高田雅之，伊藤昌尚，中山敏則;的場信敬;菊川裕規，御幡侑希，河野祐斗，古川明徳
• 通讯作者: 菊川裕規，御幡侑希，河野祐斗，古川明徳