流速が変動する小規模水路内に設置された弾性支持円柱に発生する流体関連振動を維持する機構の試作

摘要

水資源が豊富な我が国には全国各地に農業用などの小規模水路が見られ，近年，このような水路に設置可能な発電量が10kW未満のマイクロ水力発電が注目されている．しかしながら水路の流量は季節によって大きく異なるほか，ゴミ等が流下するため，発電機構には幅広い流速帯への対応とメンテナンス性を考慮する必要がある．メンテナンスが容易なシンプルな発電機構としては，弾性支持された円柱等の柱状物体の渦励振やギャロッピングなどの流体関連振動（FIV: Flow-Induced Vibration, VIV: Vortex-Induced Vibration）を用いたものがあり，渦放出周波数と弾性支持体の固有振動数の共振を利用したVIVACE等，実用に向けた研究がなされている．幅広い流速範囲で大きな振動振幅を得るために高橋らは十時交差円柱から発する縦渦に励起される振動を利用している．また比江島らは，固定円柱後方に倒立振り子円柱を組み合わせた発電装置を提案している．しかしながら単一円柱のみによる渦励振発電装置を幅広い流速範囲で利用するためには，円柱の渦放出周波数の変化に応じてバネなどの支持体の固有振動数を調整する等の工夫が必要となる．本研究では円柱を支持する板バネの長さを任意に変化させる可変剛性装置を試作し，0.3m/s～0.6m/sの流速範囲で共振を維持する条件の把握を試みた．