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

加速度势法与面板法相结合的水平轴风力机气动特性数值分析

• 批准号: 05750162
• 负责人: 長谷川 豊
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750162/
• 关键词: Turbo Machine; Horizontal Axis Wind Turbine; Numerical Analysis; Panel Method; Acceleration Potential; Free Wake; Vortex Lattice; Dynamic Intlow

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.

Method of acceleration ポ テ ン シ ャ ル と パ ネ ル method の そ れ ぞ れ を three yuan in hand wing, な ら び に horizontal axis windmill の planning back wing car (ロ ー タ) weeks り の flow れ の parsing に applicable す る こ と に よ り, struck calculation method の te 徴 と applicable limits を grasp す る と と も に, possibility and の を adjustable べ た. 1. Method of acceleration ポ テ ン シ ャ ル に よ る horizontal axis windmill の characteristic analytical acceleration ポ テ ン シ ャ ル theoretical base に づ く inviscid モ デ ル を use し て, steady luck when planning お よ び inflow wind speed variations while に お け る horizontal axis windmill の ロ ー タ features を the numerical computing に よ り presumption し た. こ の computing モ デ ル に お い て は, windmill wings は pressure に masato す る ラ プ ラ ス The asymptotic solution of the equation ら ら forms the される wing width direction と wing chord direction <s:1> pressure distribution によって table される. Windmill inflow velocity は fluid particle に 働 を く acceleration integral す る こ と に よ っ て o め ら れ, inflow velocity か ら wing load が decided さ れ る. し た が っ て, this calculation モ デ ル は パ ネ ル method に お け る Free after flow モ デ ル (Free Wake Model) に 応 seaborne す る た め, into the wind speed variations when moving stream after の に お け る non steadiness calculate が の モ デ ル の で に easily considered で き る. な お, the calculation method of は short calculation time が い と い う long are を つ half plane, wing profile を loyalty be に computing に reflect す る こ と が difficult で あ る. 2. パ ネ ル method に よ の る horizontal axis windmill Characteristic analytical パ ネ は ル method, チ ッ プ ベ ー ン の よ う な arbitrary shape の を hold つ week three yuan Yang force object り の れ field analytical に の have sharper で あ る. Horizontal axis windmill の occasions, ロ ー タ planning back nearly く で の induced velocity が big き い た め after large が き く hiroo が る. こ の た め, flow vortex surface after の shape を appropriate に definitely め る こ と が important で あ る. This study で は, ロ ー タ wing と そ の flow vortex surface after を vortex lattice で あ ら わ し, each time ス テ ッ プ their flow vortex surface after に の lattice point で の induced velocity calculation し を, time in their flow vortex surface after に を decided す る free after flow モ デ ル を with い た. こ の モ デ ル を with い た を the numerical calculation results, the acceleration ポ テ ン シ ャ ル method に よ る results お よ び に in the past Line われた experimental results と compare た. Free after flow モ デ ル は precision on を げ る た め に は time ス テ ッ プ interval を fine か く take ら な け れ ば な ら ず, 収 beam numerical を must る ま で の は computing time, acceleration ポ テ ン シ ャ ル と comparison し て very long に い も の と な る.

项目成果

長谷川 豊: "パネル法による水平軸風車特性解析" 日本機械学会第71期通常総会講演会. (発表予定). (1994)

长谷川丰：“使用面板法进行水平轴风力涡轮机特性分析”在日本机械工程学会第 71 届普通大会上的演讲（待发表）。