非定常風況下における風力タービン回転翼後流内複雑流れの解明

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翼根に風車専用厚翼型を、翼端にNACA翼型を用いたテーパーねじり翼を有する小型の風車モデルを風洞内で運転し、定常流中における風車後流の速度分布をレーザードップラー流速計で測定した。その結果、風洞内の一様流中では、風車後流の影響は10D以上にも及び、速度の回復がかなり遅いことが明らかになった。これは一般に言われている実機風車の後流の影響範囲を大きく上回るものであり、この現象は風洞内では乱れが小さいために流れの撹乱の少なさが起因していると思われる。また、マグニッソンらによる風車推力係数から風車後流の速度分布を求める理論式と、本研究による風洞実験のデータと合わないことが明らかになった。これは本研究では推力係数を直接測定することができず、一様流に対する十分下流の後流の速度欠損を用いて推力係数を推算したことが原因であると思われる。これらの風洞による基礎データと比較するために、三重大学付帯農場に設置してある直径10mのフィールド風車の後流分布測定を行った。測定は、風車下流に移動式の風速計を様々な位置に設置して後流内の速度分布の詳細データを取得した。その結果、フィールド風車後流の速度分布は、推力係数の見積もりに難しさはあるが理論式と良く似た傾向を示した。また、風洞内にて小型風車を2列配置し、前列風車の後流が後列風車に与える影響についても検討した。実験の結果、前列風車のポテンシャルコア領域の持続距離が後列風車の出力に大きく影響することが明らかとなった。また、前列風車の影響を受けない条件は、前列風車から4D程度離して後列風車を設置し、また、前列風車の回転軸中心から横に2D程度距離を置いて後列風車を配置する必要があることがわかった。