熱流体解析

軸流インペラのポンプ運転と水車運転 解析結果

軸流インペラをポンプとして運転する場合と水車として運転する場合の流体解析を行ってみました。

次の解析図は、軸流インペラをポンプとして運転した場合の流跡線を示しています。

空気機械の機械まわり風流れ解析結果1


空気機械の機械まわり風流れ解析結果2

次の図は、軸流インペラを水車つまり
タービンとして運転した場合の流跡線を示しています。

この軸流インペラは、ポンプとタービンのどちらでも運転可能なことがこの解析結果より分かります。

ただ、水車タービンとしての設計を優先しているため、静翼の弦長が短くなっており、
ポンプ運転では動翼からの旋回流を充分に軸方向に転向出来ていないことが現れています。
以上の流体解析は結局には、軸流ポンプ水車の可能性を示すもので、低落差・大流量の地点で
上流から下流への双方向に水の行き来が一台の軸流機械で可能となります。
これにより低落差農業地帯などでの水の有効な活用の幅が大きく広がり、
しかも自然エネルギーの有効利用も出来ることとなります。
特に日本の田園地帯での有効利用が期待されます。

ターボファンエンジンの詳細性能解析を開始

小型ターボファンエンジンの詳細な性能解析を次の図のように開始しました。

もちろん軸流ファン、斜流コンプレッサー、遠心タービンは設計回転数で回転しており、燃焼室での燃焼エネルギーの空気への付加も同時に解析計算されています。

また、廻りの空間から空気を吸い込み、それを後方空間へ吐出するという外部流れ解析にて解析を進行していますので、かなり実際に近い正確な性能解析となっています。

この解析はスムーズに収束しておりますので、今後は回転数を色々と変化させたり、燃焼温度を変化させたり、飛行時と同じ外部流れ速度を与えて機体に搭載時の性能解析を進める方向へ進展します。

軸流衝動タービンの性能評価を再開

急いで設計を進行している現在、軸流衝動タービンの性能評価を流体解析で行う作業を以前のように再開することとなっています。
衝動タービンの性能解析は、その特性から難しいところがあり、今回も慎重に行う必要があるように思います。
以前の性能評価は次の図のようになり、少々実際よりも値が低く出る結果になりました。

今回の流体解析による性能評価では、他の解析ソフトでも解析を行い、多面からの評価をしてみたいと思っています。

2重反転プロペラ浮上機体の試験的設計と性能解析

2重反転プロペラを持つ空中に浮上する機体を試験的に設計してみましたので、その概略形状と性能解析結果の一部を見て頂きたいと思います。

上の2重反転プロペラは直径3mほどとなり、割と大きめのプロペラとなります。
それを毎分2000回転でそれぞれの羽根を逆方向に回転させて生じた流れの様子が次の図となります。

次の図は、2重反転プロペラ部分にズームして流れを見たものです。

この流れの結果を見ると、下方向に主な流れを作っているのが羽根スパンの中間ぐらいまでであり、
羽根先端部のかなりの部分が充分な流れ発生をしていないので、そこらへんの翼断面の弦長を見直し、
更にもう一度設計をして性能解析を行ってみたいと思います。
また、このプロペラを駆動するプロペラ下のエンジン部分もより詳しいモデリングを行い、着陸脚部分もより現実的な形を設計します。
解析結果の下方向へのスラストを見ると、実は相当な推力となっており、ここまで出るのだろうか今思っているところです。
そこら辺の確認も多パターンの解析で確実となって行くでしょう。

2重反転プロペラ方式の浮揚機体 その改機体による性能解析

2重反転プロペラによる浮揚機体の設計事例を今回はブレード形状とエンジン部形状、

そして脚部形状も修正を行い、もう一度性能を求める流れ解析を行いました。まずは改造を行った機体の全体形状図です。

ブレードの先端方向への弦長の長さ分布を先端部弦長がある程度長いようにブレード形状修正を行っています。

ブレードの改造により、羽根スパン方向での仕事の効率が良くなり、より強い推力を発揮しています。

またエンジン部の構造も少し実際に近づいた為、正確な解析になったと推測可能です。

そしてこの機体への上側全体からの吸込み状態も上図のように前回よりも改善され、下方向推力作用面積が飛躍的に広がっているようです。
この設計と解析事例作りは何のためにやっているかと言えば、やはり弊社の解析能力をより知ってもらう目的で行っています。
それにより弊社実作業が圧迫される可能性もありますが、私の自主的な時間を夜間に取って行ったりしていますので、

その結果として皆様に弊社が可能な解析範囲とかを広く知って頂く事例となればと思っています。

無人機 飛行時流れ解析 その結果図

無人機モデルの飛行時流れ解析シミュレーションが終了して、その結果図は次のようになりました。

空気機械の機械まわり風流れ解析結果1

機体の中心軸断面に沿った速度分布を等値線表示で示しています。

空気機械の機械まわり風流れ解析結果2

機体中心軸以外に、主翼スパン中心位置ぐらいの断面そして主翼先端部での速度分布の等値線表示がなされています。
この結果図から分かることは、機体上のどこら辺に速度の遅い領域が発生するかを掴むことで機体形状修正の目安を考えることであると思います。
更に機体近傍の圧力分布も結果として詳細に見てみたいと思いますが、それはまた載せてみたいと思います。
それら圧力などの全体領域での計算が、飛行方向への力の積分値として計算結果で出ていますので、それに打ち勝つ推力をエンジンが発生出来れば本シミュレーション設定での飛行速度で巡航可能となります。

今後は機体の迎え角を色々と変えて同様な解析シミュレーションを行う予定です。

解析例紹介 遠心ブロワ

遠心ブロワ性能解析例の紹介です。

2次元羽根遠心ブロワの流れ速度分布が示されています。