熱流体解析

気液2層流ポンプ 軸流段部分の流体解析

比較的環境負荷の少ないエネルギー源である液体メタンなどを圧送する為の気液2層流ポンプを研究していますが、今日はポンプ入口からインデューサー、そして3段の軸流羽根部分までの流れ解析を行いました。

気液2層流ポンプ 軸流段部分の流体解析1

流体解析を行うにあたって、流す液体はメタンを選択しています。
そして、回転数は15000rpmという高速の回転数です。
一般的にポンプは高速になるとキャビテーションに対して厳しい状態となります。

気液2層流ポンプ 軸流段部分の流体解析2

図の左側が液体メタンの入り口であり、すぐに初段の羽根として高速斜流ポンプ型インデューサーが配置されています。

そして、その後ろに、3段の気液2層流用の軸流ポンプ動・静翼が少しづつ昇圧を行い、最後には遠心型ポンプにて規定圧力まで到達させるのですが、今回の解析は遠心ポンプ部分は省いて、軸流段部分だけの解析としています。

気液2層流ポンプ 軸流段部分の流体解析3

この解析は、最大流量点での流れ状態を示しており、解析結果から分ることは、最大流量時の各翼での流れはかなり良い状態を示していることです。
動翼での作用、静翼での流れの転向など、どれも悪くありません。

次は、色々な流量でどのような圧力・流れとなるか、解析を行ってみます。

メタン用気液2層流ポンプ流体解析結果2

新エネルギーでは重要な液体燃料となるメタンなどを圧送する為のポンプとして、気液2層状態でも効率的に加圧出来る気液2層流ポンプの計画途中です。

メタン用気液2層流ポンプ流体解析1 メタン用気液2層流ポンプ流体解析2 メタン用気液2層流ポンプ流体解析3

気体と液体の混合流に有効に作用する特殊な斜流形インデューサーとインデューサー的多段軸流段を遠心ポンプの前段に持つ気液2層流ポンプという構成ですが、前段部分だけの流体解析を左図のように始めていました。これは、最大流量時の各段の動翼と静翼での流れの転向や速度の変化がどうなっているのかを詳しく見ている図です。

メタン用気液2層流ポンプ流体解析4 メタン用気液2層流ポンプ流体解析5

最大流量に対して70%での高比速度斜流タイプのインデューサー及び軸流3段2層流羽根部分での速度の変化を見ている図です。 あまり、最大流量と変わりがないようにありますが、良く見ると速度ベクトルのわずかな角度のずれや角部での速度の減少など確認することが出来ます。

風力発電機(風車)の流体解析

風車周りの流れ状態を流体解析した結果を載せてみたいと思います。

風力発電機(風車)の流体解析1

これが風車廻り流体解析の様子です。
風上から流跡線を流し、翼上では相対速度をベクトルで表しています。
流跡線の色変化は、速度の変化を表わしています。

風力発電機(風車)の流体解析2風力発電機(風車)の流体解析3風力発電機(風車)の流体解析4

流れの状態を見ると、翼端での渦発生による流れの乱れがかなり良く分ります。
翼端以外の翼断面上での流れは、速度ベクトルを見る限り悪くない状態となっているようです。
このような翼端での乱れによる失速をどのように少なくするか検討していってみます。