風力発電の可能性を広げる100年前の数学問題の改良 (Student refines 100-year-old math problem, expanding wind energy possibilities)

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2025-02-21 ペンシルベニア州立大学 (PennState)

ペンシルベニア州立大学の工学部大学院生であるディヴィヤ・ティヤギ氏は、約100年前に英国の空気力学者ハーマン・グラウアートが提唱した数学問題を改良し、より簡潔で洗練された形に再構築しました。この研究により、風力タービン設計における新たな可能性が開かれ、風力エネルギーの効率的な利用が期待されています。ティヤギ氏の指導教員であるスヴェン・シュミッツ教授によれば、グラウアートの元々の研究は、タービンが風エネルギーを電力に変換する効率を示す最大のパワー係数に焦点を当てていましたが、ローターに作用する全体の力やモーメント係数、風圧によるタービンブレードの曲がりなどは考慮されていませんでした。ティヤギ氏の追加研究は、これらの要素を取り入れ、風力タービンの最適な空力性能を求めるための理想的な流れの条件を解明しています。この成果は、風力エネルギーの生産性向上やコスト削減に寄与すると期待されています。

<関連情報>

Glauertの最適ローターディスクの再考-変分方程式の解と推力および曲げモーメント係数の厳密積分 Glauert’s optimum rotor disk revisited – a calculus of variations solution and exact integrals for thrust and bending moment coefficients

Divya Tyagi and Sven Schmitz
Wind Energy Science  Published:21 Feb 2025
DOI:https://doi.org/10.5194/wes-10-451-2025

風力発電の可能性を広げる100年前の数学問題の改良 (Student refines 100-year-old math problem, expanding wind energy possibilities)

Abstract

The present work is an amendment to Glauert’s optimum rotor disk solution for the maximum power coefficient, CPmax, as a function of tip speed ratio, λ. First, an alternate mathematical approach is pursued towards the optimization problem by means of calculus of variations. Secondly, analytical solutions for thrust and bending moment coefficients, CT and CBe, are derived, where an interesting characteristic is revealed pertaining to their asymptotic behavior for λ→∞. In addition, the limit case of the non-rotating actuator disk for λ→0 is shown for all three performance coefficients by repeated use of L’Hôpital’s theorem, and its validity is discussed in the context of other works since Glauert.

0101機械設計
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