熱流体解析

遠心型タービンの設計・解析

製作しやすいように2次元翼を持つ遠心型タービンを設計して解析を開始しました。

遠心型タービン 解析結果画像1 遠心型タービン 解析結果画像2 遠心型タービン 解析結果画像3
遠心型タービン 解析結果画像4 遠心型タービン 解析結果画像5

遠心型タービンの利点は、1段での消費落差を大きくとれる為、高圧のガスを少ない段数で低圧に落としたい場合に適しています。

ただ、ノズル流出ガススピードの7割ほどで動翼を回転させる場合が最も効率が高くなるため回転数が高速となりやすく、どの程度の回転数で何段とするかなどはかなり検討が必要な事項となります。 今回の解析では、まだ回転数を低速設定で解析してみたので、最高効率の運転状態ではなく、その点は解析図の動翼での相対速度ベクトル矢印が表わしています。

動翼出口でも旋回成分が回転方向と逆方向に大きく残っていることも、最適状態に対し回転数が遅すぎることを示します。

軸流ファン性能解析時のボス部形状が解析に与える影響

軸流ファン性能解析時1

軸流ファンの性能解析を行う場合に、一般的な軸流ファンは軸方向に薄型となっているためそのままの形状で流体解析しようとすると左図のように円筒状流路内に機器形状を配置することとなります。

しかし、これを流体解析しようとするとなぜかうまく計算が進行しないこととなり、もしかしたら計算時の設定が良くないのかもしれませんが、解析結果までになかなか到達しません。

軸流ファン性能解析時2

そこで、軸流ファンのボス部の上流側、下流側共に円錐状のボス部を付加すると安定して計算を進めることが出来、答えも自然なものとなります。
この円錐状ボス部の形状により解析進行状態に差異が大きいので、かなり試行錯誤して最適形状を決めています。
その結果出てきた解析結果などが下図となります。

軸流ファン性能解析時3 軸流ファン性能解析時4 軸流ファン性能解析時5
軸流ファン性能解析時6 軸流ファン性能解析時7