熱流体解析

遠心送風機を機器に設置して運転するとどうなるか解析

ポンプ・ファン・ブロワなどのターボ機械は、それが送り出すさまざまな圧力の液体や気体を他の機械が利用するために運転されています。つまり、プラント内で何かの目的に使われる液体や気体をせっせと休みなく圧力を増やしているという感じでしょうか。
または、ある装置の中に組み込まれて役目を果たしている場合も多いでしょう。
ということは、周りの装置との取り合いや大きさ制限などが重要となり、それによる性能の変化も大きなものとなります。

遠心送風機 解析結果画像1

例えば左図は、先日インペラと出口ガイドベーン周りのみで流れ解析を行っていたブロワを使用する機器の中に組み込んだ状態での流れ解析となります。
気体の入口は内側の筒の上部にあり、出口は入口管の周りにあるもう一つの筒の上部のドーナツ型領域です。

遠心送風機 解析結果画像2

このような形状のケーシングを使うと、インペラ出口からの気体は速度を上手に圧力に変換することが難しくなり、それにより予定したよりも圧力上昇かが低くなると共に、効率値も悪くなります。 ですから、やはりこの場合は羽根出口のディフューザー部を詳細に設けてやる必要があったと考えています。

タービンノズルの流れ解析

今日は、タービンのノズルからの噴出流がどのように流れているかを流体解析しました。

タービンノズルの流れ解析タービンノズルの流れ解析タービンノズルの流れ解析

必要な流量を、必要な速度でノズル出口から噴射させるために、かなり気を使ったノズル形状設計を行ってみました。
そのノズルは、超音速ノズルとなる末広ノズルであり、喉部の直径や出口径などは正確に計算されないと必要な噴流速度と質量流量を得ることが出来ないため、計算に手間をかけています。

タービンノズルの流れ解析4

その結果としての解析値では、速度はほぼ達成していますが、流量がわずかに設計値よりも少なくなり、現在少し大きくしたノズルを再設計して解析をもう一度行っているところです。
そして最終的に、図のようにこのジェット噴流がタービン翼を回転させて動力を得ることとなります。

高速小型遠心ポンプの性能解析

高速小型遠心ポンプの性能解析

高速遠心ポンプは、これからの省エネ・省資源ポンプとなる重要な機種と考えています。 高速化すれば、同じ圧力・流量を送り出すポンプが圧倒的に小型化出来、軽量・高性能・省資源です。

また、高速化は現在非常に発展したインバーター技術を使用するため、これまで定格の回転数でのみ運転されてきたポンプも回転数可変という機能を持つことが可能となり、これはまさに運転状態の最適化を行える制御機能が使えますので、これからの省エネには欠かせないタイプのポンプが小型高速ポンプです。

ただ液体を扱うポンプの高速化では、常にキャビテーションという液体の高速流れによる液体沸騰現象が最も危惧すべき問題となります。
これが起こると流量低下、羽根損傷、騒音など運転に大きな支障が出るため、それらを解決しなければなりません。 その解決策が、ロケットポンプにも使われている前置羽根=インデューサーと呼ばれるものです。
ただこれでも羽根耐久性などから絶対的なものではないので、他の良い方法も同時に開発すべき課題でしょう。

省エネ目的の室内気流解析

室内気流解析

省エネのために室内空調状態を調べる解析例です。

室内気流解析2

空気の吹き出し口としての空調設備や排気の換気口などを実際のとおりに配置するとともに入口の開口部なども考慮して正確に室内流れ解析を行うことが出来ます。

室内気流解析3

もちろん3次元流れ解析ですから、室内の縦方向の空気流分布状況も正確に分かりますし、滞流部もすぐに判断出来ます。

この基本的な空気流れを基として、それに空調温度を加えることで室内が均一な空調状態にあるかどうかを見て、無駄な空調がないかどうかを解析していきます。

省エネ目的 空調用シロッコファンの効率改善設計と解析

設備内空調のより省エネを目的として、最も連続して電力を消費するターボ機械のひとつである「空調用シロッコファン」の性能改善目的の設計・流れ解析を図のように行っています。

一般的にシロッコファンは効率が良くても60%程度となりますので、20%程度の効率アップを行うように性能改善を行えば、連続運転での省エネ効果は充分に見込まれます。