熱流体解析

空気清浄機シロッコファン単独での性能解析 流量ごとの流跡線図

空気清浄機のシロッコファン部分だけでの性能解析を行った結果として、今日は流量ごとの流跡線図を見て頂きます。

最低流量から中間流量までの3点での流れ状態を示す流跡線となります。

最大流量手前と最大流量時が表示されています。

これら流跡線図でも片寄った空気の流れがファン内に生じていることは良く分かり、均一な吐出状態を造ることがシロッコファンでは困難なことが分かります。

吐き出し流れは遠心力の影響を強く受けていますから、遠心力側壁にくっつくように流れるのは仕方ないことでもありますが、適切なガイドや広がり管でそれらの偏りをかなり解消出来ることも確かです。

空気清浄機シロッコファン単体での性能線図と清浄機全体での流れ解析開始

空気清浄機用シロッコファン単体での性能は、結局次の性能線図のようになり、シロッコファン特有の効率の低いものとなっています。

効率は最大でも33%程度であり、軸動力も流量の増加に対して増え方が急な、あまり歓迎すべきでない結果となっています。

よってこのシロッコファンを空気清浄機全体に組み込んで運転を行う場合は、かなり効率の良くない状態で運転されることが推測されます。

ということはシロッコファンの性能改善か別の種類のファンでの性能改善を行えば、より小さい筺体で同様な空気清浄効果を示すでしょう。

このような性能改善を行うことは、空気清浄機のコンパクト化と軽量化、そしてコスト削減に大きな効果があると思います。

それと本日は、部屋に空気清浄機を置いた状態での流れ解析を開始しました。

ある程度の広さの部屋に空気清浄機を置いて解析を始めています。

空気清浄機上部出口から流れが天井に向かって発生しているので、この解析はある程度うまく推移しているようです。

より詳しい結果は、一連の解析作業が終わりましたらまた御紹介します。

気体の密度分布を流体解析した事例

気体が運動力を与えられることで、その密度が変化する様子を流体解析してみた結果が次の図となります。

これが回転運動により気体の密度変化が起こった様子を解析した結果図であり、その密度変化を密度コンター図、パーティクル群、流跡線群などで視覚化したものです。

密度の変化の様子は上の図が良く分かると思います。
旋回流れの外側に高密度の気体が集まっている様子が良く分かります。
パーティクル自体も外側に偏って存在しています。
このような密度分布を造る用途は、色々と考えられると思いますが、この場合は分析作業に役に立つものとなります。

両吸込みシロッコファンと出口ディフューザーの連動で高圧を達成

小型のファンで大流量と高圧を達成する為に工夫したものとして、次の図にあるような両吸込みシロッコファンと出口ディフューザーの連動構造があります。


直径の小さい小型ファンでも風量と圧力を確保しようとすれば、まず吸込み面積が倍となるっ両吸込み方式を採用して、次に圧力を高める動翼羽根形状としてシロッコファン形式を選定、そして最後に動翼出口のディフューザーにて風量・圧力の劇的な向上達成が可能かと思います。

図はそれを具現化した計画形状ですが、これなら充分な圧力上昇が見込めるでしょう。

ターボ機械全般で両吸込みは流量を確保する場合に使われます。
ディフューザーのフィンは冷却用フィンとしても用途がありそうで、電子機器冷却用ファンとしては良い構造と思われます。
色々な用途に既に使われている各種ファンを劇的に性能を上げるのは難しいことですが、構造を独自に見直すことにより新しい性能が見えてくることもあります。

簡易型エアタービン解析結果図

羽根形状を製作し易いように簡易な形状とした、簡易型エアタービンの運転解析結果を載せてみます。

最初の図は、静翼と動翼部分をズームして見たものです。

次は斜めから見た全体図です。

最後は、ある円筒面上での速度分布とベクトル表示となります。

このような簡易形状の羽根を持つエアタービンでもなかなかの高速回転数と動力を発生することは出来ます。

逆にこのタービンの高速回転を使い易い低速回転に変換する減速機構が大変手間がかかります。

このエアタービンは、空気機械のエア通路の中で動力を局部的に発生する必要のある場合は、電気モータに比較して軽量大馬力となるので、有効な仕事をするでしょう。

よって色々な家電製品の中での使用用途を開拓しながら設計していくこととなります。

今後もこれらの設計及び解析実績を使って、たくさんの客先からの開発要求があるでしょう。