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振動水柱型波力発電装置の空気室の縮尺影響と非線形影響に関する基礎的研究

机译:振动水柱型波长发生器气室的规模效应和非线性效应的基本研究

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摘要

振動水柱(OWC)型波力発電装置(Wave Energy Converter)は,波のパワーから電力を得る波力発電装置の一つである.OWC型波力発電装置には,波パワーから空気パワーへ変換する一次変換と,空気パワーからタービンを回して電力を獲得する二次変換がある.OWC型波力発電装置は,OWCと,その上部の空気室,タービンダクトと空気タービンから成っている.OWCの挙動は水波そのものととらえることができ,その挙動は空気室内の空気圧力の影響を強く受ける.OWC型波力発電装置は,OWCの挙動,空気室内の空気圧力,タービン負荷が相互に影響しあう非常に複雑なシステムである.この空気室の挙動は空気室の体積によっても異なってくる場合もあり,また実機における空気室内の挙動を縮尺模型で再現する際に,縮尺の影響があることも報告されている1).この非線形性や縮尺影響のひとつの要因は空気の粘性によるものであると考えられるが,それだけでなく空気の圧縮性についても指摘されている1).空気は水に比べて圧縮率が高いため,空気室内の空気の動的挙動は複雑になる.また,空気の出入り口となるノズル付近では粘性影響により渦が発生する.既存研究1)では,空気の圧縮性がOWC型波力発電装置の空気室内の空気圧と流量に影響を与えることが示されており,空気体積と空気圧に関わる状態方程式によって圧力特性が異なることが報告されている.2)現在までにOWC型波力発電装置の縮尺の違いによる空気室内の空気の圧縮性の影響が指摘されているが,その考察自体は限定的である.そこで,本研究では縮尺,空気室容積や形状が異なる3つのタイプ,合計22体の模型を用いた静水中強制動揺実験の結果から圧力特性などの詳細を調べた.また,線形ポテンシャル理論を適用した数値計算と比較して圧縮性や粘性の影響についても考察する.OWC型波力発電装置を対象とした数値計算による多くの研究では,空気室内の空気は断熱的に変化すると仮定されているが,等温変化を仮定している例は少ない.そこで,本研究では空気室内空気が等温変化すると仮定した場合と,断熱変化を仮定した場合での圧力特性などの比較により,縮尺影響や非線形影響について考察した.
机译:振动水柱(OWC)型波发电装置(波能转换器)是从波的功率获得功率的波长发电装置之一。 OWC型波长发生器具有次要变换,该二次变换从波浪功率与空气电力和空气电力获取功率以获得功率的次要变换。 OWC型波长发电装置由顶部的OWC和空气室组成,涡轮管道和空气涡轮机。 OWC的行为可以作为水波本身,其行为受到空气室中的气压的强烈影响。 OWC型波发电机是OWC行为,空气室中的气压,以及影响涡轮机负载的非常复杂的系统。空气室的行为可以根据空气室的容积而不同,并且还据报道,当用比例模型1的再现时,实际机器中的空气室的行为具有规模的比例。这种非线性和尺度撞击的因素被认为是由于空气粘度,但不仅指出了空气的可压缩性也会指出1)。空气室中的空气的动态行为复杂,因为与水相比,空气高。另外,由于喷嘴附近的粘度影响而发生涡流,这是空气出口的粘度影响。在现有的研究1)中,已经示出了空气的可压缩性来影响OWC型波发电装置的空气室中的空气压力和流速,并且压力特性根据涉及风量的状态方程而不同气压。据报道。 2)通过OWC型波发电装置的规模差异,指出了空气室中的空气压缩性的影响,但其考虑本身是有限的。因此,在该研究中,通过使用三种规模,空气室和形状的稳态强化实验的结果,以及两种类型的形状来检查诸如压力特性等的细节。与应用线性电位理论的数值计算相比,我们还考虑压缩性和粘度的影响。在许多通过对OWC型波发电装置的数值计算的研究中,假设空气室中的空气被绝热地改变,但是借鉴等温变化的示例很少。因此,在该研究中,假设假设空气室内空气改变等温,并且通过比较在假设隔热变化时的压力特性等的比较来讨论缩放影响和非线性影响。

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