風力タービンブレード上の着氷解析コードの開発 Numerical simulation of ice accretion on a wind turbine blade

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抄録

経済効率的な風力エネルギの利用という観点から,良好な風況を求めて山岳地域での風力タービンの建設がなされている.寒冷期の山岳地域では過冷却化した霧,雲中の水滴の風力タービンブレードへの衝突により着氷が発生することがある.ブレード上の着氷は安定した風力タービンの稼動や効率的な運用へ悪影響を与える.このため,着氷環境が予想される地域における風力タービンの設置に際しては,予め着氷の影響や程度を把握しておくことが肝要となる.また,対策を講じる場合の最適化やその効果の評価においても着氷現象の再現化が必要となる.このような要求に基づき,風力タービンブレード上の着氷現象解析コードを開発した.解析コードはこうした工学的見地に基づき,計算負荷を低減させることをも主眼において設計された.三次元回転翼である風力タービンブレードをStrip理論に基づき局所的に二次元的に扱い,二次元翼用に開発された着氷解析コードを,ブレード翼素に適用して計算がなされる.結果は,着氷風洞試験および実地観測記録との比較によって検証され,その妥当性が示された.

Wind turbines have recently been erected in mountainous regions with potentially high wind energy in view of their economical operation.Icing may occur on wind turbine blades when super-cooled liquid water droplets in fog and clouds collide with them.Ice accretion on the wind turbine blades would deteriorate the stable operation of the turbine because it may exert aerodynamically and mechanically the negative influences due to the changes of shape and mass of a blade.Therefore, it is important to estimate the effect of icing on power production and the lifetime of a wind turbine prior to planning its construction in regions prone to icing.Measures to prevent icing on the turbine blade must be taken into account if a wind turbine is likely to suffer from various kinds of icing events. In the light of the aforementioned factors, a code for numerically calculating the ice accretion along a wind turbine blade was developed.In order to reduce the computational burden, an icing code for a two-dimensional airfoil, assuming a potential flow around the airfoil, was employed for each blade element based on the strip theory.The induced velocity at the rotor rotational plane of the wind turbine was calculated by applying the generalized momentum theory and blade element theory.The calculation results were examined by comparison with results from icing wind tunnel tests using two-dimensional airfoil models and the shape of ice accretion from field measurements.It was observed that the newly developed icing code for the wind turbine blade could properly estimate the ice accretion.

収録刊行物

  • 雪氷  

    雪氷 68(5), 393-407, 2006-09-15 

    The Japanese Society of Snow and Ice

参考文献:  17件

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10018266384
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00131221
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    03731006
  • NDL 記事登録ID
    8522548
  • NDL 雑誌分類
    ZM43(科学技術--地球科学--気象)
  • NDL 請求記号
    Z15-23
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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