JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)

報告書番号: R16J0104

• 責任者: 松尾 裕一(航空技術部門 数値解析技術研究ユニット)
• 問い合わせ先: 篠崎 陽介(shinozaki.yosuke@ilab.eco.rcast.u-tokyo.ac.jp)
• メンバ: 木村桂大,田辺安忠,植村祐太,篠﨑陽介
• 利用分類: 航空分野(その他)

概要

風車を集約配置したウインドファームにおいては,風車後方の流れ(後流)のエネルギー回復や乱れの強さなどの特性の観点から風車の設置間隔が重要となる.さらに近年,風車の2枚翼化が検討されており風車の翼枚数変化による後流特性の変化を明らかにすることは重要である.そのため本研究では2枚翼風車,3枚翼風車を対象に,CFDにより風車後流の計算を行い翼枚数変化による後流特性の変化を明らかにする.

目的

風車の2枚翼化に向けて翼枚数変化が後流に与える影響を検討することを目的とする.

目標

2枚翼風車,3枚翼風車を対象に,翼端渦まで再現した風車後流の計算を行い後流の翼枚数依存特性(翼枚数変化による速度分布の変化,エネルギー回復率の変化)を明らかにする.

参照URL

なし

スパコンの用途

計算規模に応じて計算システム(SORA-MA),プレポストシステム(SORA-PP)を使い分け,すべての計算で1ケースにつき1ノードを用いている.

スパコンの必要性

風車後流構造の変化は風車直径の何倍ものスケールに渡り進行する.そのため風車後方の計算領域をそのスケール以上に確保することは必須となり大規模計算は避けられない.大規模計算の実施のためにはスパコンの利用は必須となる.

今年度の成果

模型風車の風洞試験と同様の条件で2枚翼風車と3枚翼風車の計算を行った.初めに風洞試験とCFDによる計算結果のスラスト係数(推力に関する無次元数)の比較を行い今回の計算が妥当であることを確認した.次に同一のスラスト係数の条件下で3枚翼と2枚翼の計算結果の比較を行った.その結果,エネルギーの回復傾向は翼枚数により異なっており2枚翼は3枚翼に比べて大きな傾きを持ちエネルギー回復には翼枚数依存性があることが確認できた.

Fig.1:エネルギー回復の比較 x:distance from rotor plane, D: rotor diameter

Fig.2:後流の可視化(上:主流方向速度,下:渦度)

成果の公表

査読付論文

1) Keita Kimura, Yasutada Tanabe, Takashi Aoyama, Yuichi Matsuo, Chuichi Arakawa, and Makoto Iida, 'CFD simulations of a wind turbine for analysis of tip vortex breakdown,' Journal of Physics: Conference Series, 749 (2016) 012013, 2016

口頭発表

1) Keita Kimura, Yasutada Tanabe, Takashi Aoyama, Yuichi Matsuo, Chuichi Arakawa, and Makoto Iida, 'CFD simulations of a wind turbine for analysis of tip vortex breakdown,' WindEUROPE SUMMIT 2016, Hamburg, Germany, September, 2016

2) Keita Kimura, Yasutada Tanabe, Takashi Aoyama, Yuichi Matsuo, Chuichi Arakawa, and Makoto Iida, 'Evaluation of wind turbine wake simulation focusing on grid resolution,' WWEC 2016, Tokyo, Japan, October, 2016

3) 木村桂大,田辺安忠,青山剛史,飯田誠,松尾裕一,荒川忠一,'大気境界層の影響を受ける風車後流の渦特性に関するCFD解析,' 第21回動力・エネルギー技術シンポジウム,OS7 E111,横浜,2016

計算情報

• 並列化手法: スレッド並列
• プロセス並列手法: 非該当
• スレッド並列手法: OpenMP
• プロセス並列数: 1
• プロセスあたりのスレッド数: 32
• 使用ノード数: 1
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 3000
• 実行ケース数: 10

利用量

総仮想利用経費(円): 4,527,094

内訳

注記: 仮想利用経費=2016年度設備貸付費用の単価を用いて算出した場合の経費

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)