波力発電用ウエルズタービンの実機性能予測に関する研究

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基礎研究では、ソリディティ、翼厚比、縦横比、翼形状(扇形および矩形翼)、ハブ比などの影響について研究が成されてきているが、類似の羽根車でも、各研究機関ごとに失速角などの諸性能が異なると共に実機とモデルの違いも王じている。本研究ではこれらの違いを明らかにするため、入口乱れ、翼端すき間、翼厚比、縦横比について検討し、次の結果を得た。1) 翼端すき間が大きいとき、翼端すき間、翼厚比、縦横比が翼性能に大きな影響を及ぼすことが明らかとなり、失速角は翼端すき間、翼厚比の増大、縦横比の減少により遅れる。供試羽根車(直径0.303m)の翼端すき間が0.5mmのとき、翼厚比、縦横比、ソリディティの変化により失速角の差は生じない。しかし、1.0mm、2.0mmでは翼厚比、縦横比の影響が顕著に現れる。2) 各研究機関ごとに性能差の生じる原因が入口乱れであると予想されたため、乱れ度2.1%と4.9%の各実験装置により性能試験を行った。しかし、入口乱れは性能に大きな影響を及ぼさないことが明らかとなった。3) 各研究機関により性能差が生じる大きな一因は翼端すき間にあることが明らかとなった。翼端すき間を同じにすると、失速前の特性はほぼ一致、失速角の違いも小さくなるが、まだ、かなりの差が生じており、他の要素についても検討する必要がある。4) 実機(直径1.337m)と1/4モデル(直径0.303m)の性能を解析し、失速角が大きく異なることが明らかとなった。実機の失速角は約25度、1/4モデルは約10度となっている。この原因はレイノルズ数の違いと上流ケーシング部長さの違いによる境界層厚の影響と考えており、境界層厚の影響について調べる予定である。5) 実機性能予測法の確立には、失速角の推定が重要となった。