研究者インタビュー
乱流現象の計測とモデリング

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垂直軸型タービンの翼周りの流れ計測

慶應義塾大学 工学部理工学部 機械工学科 小尾研究室 様向け 研究室サイトはこちら   研究室において実施されているタービンを利用した研究の1つは、2つのタービンを組み合わせたシステムを構築し、最も効率的に作動させる条件を検討する実験です。水槽の中にそれぞれ3枚の羽根がついたタービンを2つ配置し、タービン間の距離や回るタイミングおよび回転方向を変えながら、合計12通りの条件下で試行し、水の流れの様子やエネルギー効率を調べ、どの条件が最も優れているかを評価しておられます。

※垂直軸型タービンは、回転する軸が地面と垂直になっているタービンを指します。これは、潮流発電などの再生可能エネルギーで将来大きな役割を果たすと期待されていますが、まだ解明されていない部分も多くあります。

※潮流発電とは
潮流発電は、海の潮の流れ（潮流）を利用して発電する再生可能エネルギーの一種です。
潮流は上げ潮と下げ潮で流れる方向が変わるため、これに対応する技術が必要です。

垂直軸型タービンの利点
・流れの方向にあまり影響されず、様々な方向の潮流に対応可能。
・プロペラ式に比べてブレード（羽根）の製造が比較的簡単で、コストを抑えやすい。
潮流発電の技術は、再生可能エネルギーの未来を支える重要な要素として期待されています。

ご依頼時の課題

アルミ製のタービンを利用して実験をしていたが、計測時に撮影方向から見たときにタービンの裏を流れるトレーサー粒子を観測することが出来なかった。

解決内容

タービンをアクリル製で製作することで、計測範囲が広がり、シュミレーションの結果の確認や検証がスムーズとなった。

学生さんから伺った実験談

計測箇所を金属(アルミ)で製作していたが、研究を進める中で、より詳しく流れを観測する為に透明（アクリル）での製作を行いたいと小尾先生に相談した際に透明治具製作ということでニイガタへ製作を依頼した。

計測中

装置を利用した発表のご紹介

A. Hafdaoui, S. Tanaka, M. N. Doan, S. Obi, Comparative Analysis of Vortex Field Measurement around MHK Turbine Blades using PIV and CFD Techniques, Proceedings of the ASME-IMECE2024, Portland, OR, November 17-21, 2024.