PIVによるつば付きディフューザ風車後流の渦構造解明

摘要

2005年2月に京都議定書が発効され，地球温暖化を防止するための取り組みが日本だけでなく，世界全体で行われている．こうした取り組みにもかかわらず，我が国では1990年より二酸化炭素排出量が8%増加し，京都議定書の目標を達成するためには14%の二酸化炭素の削減が必要である．そのため，環境に負荷を与えないエネルギの開発と早期導入が必要とされ，その一つである風力発電は，地球温暖化の原因となる二酸化炭素を排出しない，クリーンなエネルギ資源として注目されている．このような風力発電への要請に答える形で，プロペラ風車につばの付いた拡大管を設置した，「つば付きディフューザ風車」と呼ばれる高効率な風車の開発が大屋·烏谷らによって進められている．この風車の集風増速のメカニズムを明らかにするために，実験と数値計算の両面から検討されてきた．著者らは，前報において，画像粒子流速測定法（Particle Image Velocimetry, PIV）により，翼車のある場合と無い場合でディフューザ内部及び後方の瞬間的な速度分布を計測し，流れ場の特徴を調べた．一方，数値計算では，例えば，古川らのRANSによる風車まわりの三次元流れ場に対する解析が挙げられる．しかし，このCFDデータを裏付ける，明確な実験データは見受けられない．本研究では，PIVにより，風車後流の瞬間的な速度ベクトルと時間平均速度ベクトルを求め，ディフューザ後方流れ場の詳細な把握と渦構造の解明を行う．