熱流体解析

高速遠心3次元羽根ブロワーの設計点付近流れ

先日の高速3次元羽根遠心ブロワーの最大流量解析では、流量は60m3/minほどでしたので、今日は設計点である40m3/min付近での流れ解析を行いました。

高速遠心3次元羽根ブロワー流体解析1

ブロワー全体の流れを軸と直角な断面で見たところですが、図が小さく分りにくいと思いますが、インペラを出た絶対流は適切な流れ角度を持ってケーシングに流入していっています。

しかし、ケーシングの小型化を優先するあまり、ケーシング巻き終い部の内側への巻きがきつすぎ、ケーシング出口管の部分で速度の遅い部分により損失が生じているようです。

高速遠心3次元羽根ブロワー流体解析2高速遠心3次元羽根ブロワー流体解析3高速遠心3次元羽根ブロワー流体解析4

チップ側逆流域をどうすれば解消出来るか?

子午面断面1子午面断面2子午面断面3

それぞれの部分子午面断面 翼型の変更、スパン方向へのブレード翼断面形状重なり具合の変更、ボス比の変更、回転数の変更など色々とパラメーターを変えて解析を行っていますが、なかなか翼チップ側の逆流域が解消してくれません。

その最大の理由はなんなのか、もう少しねばって原因を追及していく予定です。
これにより軸流ファン設計技術が、相当に飛躍していくでしょう。

クロスフローファン性能解析 低回転数にて横断あり

クロスフローファン性能解析から色々と考え、インペラ外径部のみで旋回流を発生していたのは周速度が速すぎた結果の遠心力のせいで、インペラ内部に流れを吸込むことができなかったのではないかと推測し、回転数を落として解析しなおしました。

クロスフローファン性能解析1

流れの全般としては、左図のように羽根幅方向の各部で流れにかなりの相違があることが分りました。 中間部ぐらいでは、あまりインペラ内への吸込みが良くないようです。

クロスフローファン性能解析2

これは出口側から見た図ですが、インペラに吸い込まれているところと吸い込まれないところが周期的に出来ているようです。

これを防ぐためには、インペラ幅方向の途中に仕切りの壁を入れるべきではないかと考えています。

クロスフローファン性能解析3

横からインペラの状態を左図のように見ると、羽根内への流入流れは確かに出来て来ているようです。 ただ、インペラ横断流がうまく見れないのは、何とかします。

クロスフローファン性能解析4 クロスフローファン性能解析5

流跡線を多数発生させて流れ状態を見ても、 ファン内に非常に複雑な流れ状態が存在することが分ります。

次回は回転数を増やし、どのくらいの回転数が最適かを見極めます。

軸流ファン性能流体解析 成功

軸流ファン性能流体解析1

前回軸流ファンの解析結果をご紹介した時は、ブレードチップ側の逆流域の存在が解消できずうまくいってなかったのですが、今回は条件変更、形状変更などで大変良い結果の性能解析結果を得ることが出来ました。

ほぼ、ボスからチップにかけて部分翼型形状に沿って気体が流れており、それぞれの部分で翼が有効に旋回成分を発生させていることが次の図で分ります。

軸流ファン性能流体解析2軸流ファン性能流体解析3軸流ファン性能流体解析4
軸流ファン性能流体解析5軸流ファン性能流体解析6

軸流タービンの設計と解析

ある用途に使用する「単段軸流タービン」を設計して、大まかな性能解析を行いました。

単段軸流タービン1単段軸流タービン2 単段軸流タービン3

かなり負荷の軽いタービン翼として設計したのは、回転数をあまり高速としたくなかったからです。
よって、翼形状は反動タービン風となっています。

単段軸流タービン4 単段軸流タービン5 単段軸流タービン6
単段軸流タービン7

性能としては、だいだい必要な要求は満足しそうだと思います。
これは実験機を製作するので、詳細な結果がどのようになるか、心配と共に期待感が入り混じっています。