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複雑内部流れの非定常三次元解析 
(回転翼列グループ)


空力騒音解析 
(空力騒音グループ)


遠心型ターボ機械の内部流動解析 
(遠心グループ)


革新的ターボ機械の空力設計 
(空力設計グループ)


風レンズ風車の開発 
(風レンズグループ)


複雑渦流れ場の実験解析 
(計測グループ)



風レンズ風車の開発

風レンズ風車とは

 風力発電システムは,地球温暖化の原因であるCO2を排出しないクリーンなエネルギ源の一つとして普及が進んでいます.
 しかし日本の風はヨーロッパなどと比べると風速が弱く,さらに風向も頻繁に変わるという特徴を持っています.つまり,日本の風は風力発電に適していないのです.日本国内で,発電用大型風車が海岸沿いなどの限られた地域にしかないのはこのためです.
 よって,風力発電によって安定した発電量を得るためには,弱い風でも高出力が見込める風力発電システムが必要となります.
 そこで開発されたのが「つば付きディフューザ風車」,通称「風レンズ風車」です.


風レンズ概略

 本風車の最大の特徴は,風車翼を囲むように取り付けられた風レンズ(集風体)です.
 風レンズは,左図に示すようにディフューザ部分とつば部分から構成されています.
 通常,流体機械は流れに対して滑らかに作られますが,逆に風レンズ風車では流れを遮るようにつばを取り付け,それによって発生する渦の作用でディフューザ内に風を集めます.
 この風レンズを風車に装着することで風車翼に流入する風が増速し(集風効果),これにより弱い風でも発電できるようになるわけです.
 


 また最近では,”耐風荷重”,”より大型の風車への適用”などの観点から風レンズのコンパクト化が進んでいます.
 風レンズ風車開発当初は,風車翼に対して大きな風レンズ(プロトタイプ)を使用していました.しかし,現在ではほとんどリング状の風レンズ(コンパクトタイプ)が開発され,研究が進められています.
 本研究チームでは,このコンパクトタイプ風レンズを用いた風レンズ風車を対象としています.

プロトタイプ

プロトタイプ

コンパクトタイプ

コンパクトタイプ

研究内容の紹介

 本研究チームでは,風洞実験CFD(数値流体力学)解析の両方を通じて得られた知見を基にして,より高出力を有する風レンズ風車翼の設計開発および性能評価を行っています.風洞実験は,春日市の筑紫キャンパス内にある風洞で行っています.自分たちで設計した翼を実際に業者に製作してもらい,その翼を使用して実験します.
 また,学内外の様々な分野の教授や学生から構成される風レンズ研究会に参加し,積極的に意見交換も行っています.


 右図に,CFDに用いる計算格子の例を紹介します.右図に示すような計算格子を作成して数値解析を行うことによって,流れ場の詳細がわかります.
 解析の結果得られた風レンズ風車まわりの子午面流線を下図に示します.なお,赤線で示した部分に風レンズ風車があります.下図に示した流線の様子から,風レンズ内に風が吸い込まれていることがわかると思います.これが,先に述べた風レンズの「集風効果」です.
 CFD結果からは,他にも多くのことがわかります.風洞実験とCFDの結果を比較検討し,得られた新たな知見を翼の設計に盛り込むことが本研究の主な内容です.


 このように風レンズ風車は通常の風車とは流れ場が異なるので,翼を設計するとき特有の問題に多く直面します.そういった問題の解決策を自分で考え,新しい風車翼を設計していくことが本研究テーマの難しいところであり,また同時に魅力であると思います.

計算格子

計算格子


風レンズまわりの流線

風レンズまわりの流線(2次元)

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