加速度ポテンシャル法とパネル法の併用による水平軸風車空力特性の数値解析

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加速度ポテンシャル法とパネル法のそれぞれを3次元並進翼,ならびに水平軸風車の回転翼車(ロータ)周りの流れの解析に適用することにより,両計算法の特徴と適用限界を把握するとともに,併用の可能性を調べた.1.加速度ポテンシャル法による水平軸風車の特性解析加速度ポテンシャル理論に基づく非粘性モデルを使用して,定常運転時および流入風速変動時における水平軸風車のロータ特性を数値計算により推定した.この計算モデルにおいては,風車翼は圧力に関するラプラス方程式の漸近解から構成される翼幅方向と翼弦方向の圧力分布によって表される.風車流入速度は流体粒子に働く加速度を積分することによって求められ,流入速度から翼負荷が決定される.したがって,本計算モデルはパネル法における自由後流モデル(Free Wake Model)に対応するため,流入風速変動時の後流中における非定常性の影響が計算モデルの中で容易に考慮できる.なお,本計算法は計算時間が短いという長所を持つ半面,翼断面形状を忠実に計算に反映することが困難である.2.パネル法による水平軸風車の特性解析パネル法は,チップベーンのような任意の形状を持つ三次元揚力物体周りの流れ場の解析に有効である.水平軸風車の場合,ロータ回転面近くでの誘導速度が大きいため後流が大きく広がる.このため,後流渦面の形状を適切に決めることが重要である.本研究では,ロータ翼とその後流渦面を渦格子であらわし,各時間ステップ毎に後流渦面の格子点での誘導速度を計算し,時間毎に後流渦面を決定する自由後流モデルを用いた.このモデルを用いた数値計算結果を,加速度ポテンシャル法による計算結果および過去に行われた実験結果と比較した.自由後流モデルは精度を上げるためには時間ステップ間隔を細かく取らなければならず,収束値を得るまでの計算時間は,加速度ポテンシャル法と比較して非常に長いものとなる.