矩形断面水路における流し掛け水車の堰上げ効果と出力の関係

摘要

矩形断面水路の断面形状に沿わせて流し掛け水車を設置して動力を取り出すと，水車自体が流水抵抗となり上流に堰上げを生じる．本論文では，この流し掛け水車の堰上げ効果に着目して，水理模型実験に基づいて，水車への負荷を変化させたときに生じる水車上流の堰上げ量と水車出力の関係と，既設の農業用水路への流し掛け水車の適用条件について検討した．実験結果から，水車の上下流の比エネルギ差，回転数，軸トルクの関係から，取り出される水車出力が定式化された．以下のような知見が得られた．1）堰上げ効果による水車出力の増加率は，フルード数が小さい流れほど，また初期水深が小さいほど高い．2）設計水位で通水するときの溢水しない条件は，フルード数が0.5未満であり，極端に出力が低下する条件は，ほぼフルード数が0.2以下，かつ羽根高さと初期水深の比が1／3以下である．3）シミュレーションによって，水路高の1／2程度の初期水深で，著しい堰上げ効果を期待できることが確認された．