PIV的正弦性速度变动风的风镜头风车周围的场的解释

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1、第71回ターボ機械協会総会講演会PIVによる正弦的速度変動風における風レンズ風車周りの流れ場の解明利光和彦（大分高専）荒金大河（大分高専専攻科）佐藤拓弥（安川電機）佐伯雅敏（京セラ）１．緒言地球温暖化の抑制や災害に備えたエネルギ源の多様化を背景に，再生可能なエネルギの一つとして風力発電の利用促進が進められている．その中で，九州大学(1)(2)の大屋らにより，水平軸プロペラ風車（HAWT）につば付ディフューザ組み合わせた通称「風レンズ風車（windlensturbine,WLT）」が考案され，陸上・洋上で実証実験が行われている．風レンズ風車は，高効率・低騒音などの特徴を

2、有し，これに関する研究は大屋らを中心とした研究会のグループを中心に多数なさ(3)(4)～(6)れている．例えば，古川らによる数値解析や，著者らの性能実験や流れ場の解明などがあげられる．本研究では，通常のHAWTと風レンズ風車まわりの流れ場に対してPIV計測を行い，定常風および正弦的速度変動風における流れ場と性能との特徴的な関係を明らかにしたので報告する．２.PIVによる流れ場の計測2-1実験装置本実験で用いたコンパクトタイプ風レンズ風車のモデルをFig.1に，その設計諸元をTable1,2に示す．翼車は，設計周速比λDを5.0とし，翼形状は翼根から翼端に向かって，NA

3、CA63218（翼根）～NACA63212（翼端）で変化する．風車の出力測定およびPIV計測装置の概略をFig.2に示す．その詳細(4),(5)は前報を参照していただきたい．PIV撮影画面は400×400mmで，解析にはPIV解析ソフトウエア(PIVview-2c，PIVTEC社製)を用いた．解析を行ったインテロゲーションサイズは約12.5×12.5mmで，パルス間隔は150?秒である．これにより，254枚の画像を得て，相互相関解析により127枚（12.7秒間）の速度ベクトル解析結果を得た．なお，動画は，これらの解析結果を，0.1秒間隔(10Hz)でコマ繋ぎして作成す

4、る．2-2実験条件PIVで流れ場計測を行う条件を選定するため，出力係数を式(1)で定義し，あらかじめ，定常風および非定常風での特性を調べる．なお，式(1)では，測定される風車パワーを?[W]，風車上流平均風速を?�[m/s]，流体の密度32を?[kg/m]，受風面積を?[m]とする．また，受風面積?は，翼車またはつばの-22直径に基づく円の面積とし，翼車単体，風レンズ風車それぞれで2.96×10m，-225.56×10mである．???=(1)???�321第71回ターボ機械協会総会講演会定常風?�=5.0m/sでの出力係数をFig.3に示す．その結果，最高効率点付近の

5、周速比λ=2.7（翼車単体）および3.5（風レンズ風車）を定常風でのPIV計測条件とする．次に，正弦的速度変動風［?=?�+?�???(2??･?)］において，変動風条件を平均風速?�=5m/s，振幅?�=1m/s（平均風速の±20%）で，変動風の周波数f（周期T）を0.033Hz（30sec.），0.05Hz（20sec.），0.083Hz（12sec.），0.25Hz（4sec.）とした場合の風レンズ風車の出力係数をFig.4に示す．この結果から，変動風におけるPIVの測定条件は，周速比を定常風と同じλ=3.5とし，定常風より出力が小さいまたは大Table1Dim

6、ensionsoftherotorblades.Table2Dimensionsoftheflanged-diffusershroud.Rotorradius,?97mmTipclearance,ℎ?3mm(ℎ?/D=1.5%)Hubtotipratio,?ℎ/D0.2Diffuserlength,L/D1.250.225Designedtip-speedratio,5.0Flangeheight,h/D0.50.1??=??/?NACA63218(root)～BladeprofilesNACA63212(tip)3=ht662600062φ222==φFφ0DD4=

7、hD2702L=45=hFig.1Windturbinemodelswithleftisrotorandrightiscompact-type.Fig.2SchematicsofmeasurementsystemofthewindturbinepowerandPIV2第71回ターボ機械協会総会講演会きいf=0.25Hzおよび0.083Hzとした．なお，実験におけるレイノルズ数は，翼車直径，つば直径を基準にすると??=6.4×104および7.5×104である．３．PIVによる実験結果及び考察3-1定常風における流れ場一例として，Fig.5に翼車単体風車