熱流体解析

軸流3段ファンによる推力発生装置の設計と流体解析

軸流型ファンを3段に重ねて強力な推力が出る推進器を設計して次の図のように性能流体解析を行っています。

最初は軸で切った断面の速度分布表示コンターと速度ベクトル図です。

2番目は、流蹟線にて流れの様子を見ている結果図です。

3番目は流蹟線図の見る方向を変えてジェツトエンジン風の推進器状態です。

4番目は、また見る方向を変えた流蹟線図です。

この推進器を使えば、手軽に高速型飛翔対設計が出来ると考えています。

この3段軸流ファンを回す動力源はモーターでもエンジン系でも良く、これを数本束ねて強力な推力を発生します。

遠心ターボファン出口流れの整流設計事例

遠心ターボファンの出口流れを整流してなるべく均一の流れとする設計を行った事例です。

最初の解析結果図は、流れの速度ベクトルと速度分布を示しています。

次は流れの流蹟線です。

これら流れ解析結果のように均一流れを実現出来ています。

うまく整流させるためにはかなりの試行錯誤が必要となりますが、工夫の余地は色々とあります。

JAXA向け2重反転ファンの設計と性能解析

もう3年半ほど前になりますが、JAXA向けに未来型飛行機に使われる特殊な推進ファンとして設計した、2重反転ファンの性能解析結果図のひとつです。

飛行機用推進ファンとして強力な推進力を発生するために2重反転ファンとして設計しましたが、結果は通常の推進ファンの4倍の推進力を出しているのが性能解析上では確認出来ています。

ですから自分としても相当に画期的な設計が出来た開発設計プロジェクトでした。

この技術はファン推進力を強力に必要とするものに広く応用していきます。

設計した風車の性能解析事例です

風車も設計しますので、その性能解析事例です。

性能実験用風洞をシミュレーション上でも忠実に再現して風車性能解析を行った事例です。

風車の性能解析を行う場合は、風車状態と逆送風ファン状態を注意する必要があります。

タービンノズルからの噴出状態解析事例

気体タービンにおいて、翼型ノズルからの旋回流噴出状態を流体解析した事例です。

この翼型ノズルは、ノズルに入ってきたガス流れを十分に出口角度近くに転向出来ていないことがノズル後流状態で分かります。

充分に流れを転向できていない最大の理由は、ノズルの出口部分の流れを整流する距離が短すぎて流れを曲げきれないことによります。

つまり動翼の弦長に比べて静翼の弦長は相当に長くとる必要があり、その場合は静翼羽根枚数も少なくて良いということになります。

とにかく静翼での流れ通路を長くとるほうが良いタービンになりますよという事例でした。

カプランチューブラータービン設計の性能解析結果流蹟図

カプランチューブラータービンを設計したので、性能解析を行い、解析結果の流蹟線図ショットを載せてみます。

タービン本体はバルブ型カプランタービンとなっていますが、吸出管はS型チューブラーになっているというハイブリッド的なタービン設計としています。

よってタービンの特徴としては、ガイドベーン可変、ランナベーン可変という構造で、変流量に対して常に高効率を保てるのが一番の有利な点です。

つまり年間の発電量をぎりぎりまで増やせるタービンとなります。

フランシスタービン(遠心タービン)流れ解析結果図

設計した水力用遠心タービンの性能解析を行った結果図です。

流れの軌跡を流蹟線にて表示しています。

案内羽根を通過した液体が回転する動翼を通り、旋回エネルギーを羽根に吸収されて吸出管から出ていく全体の様子を見ることが出来ます。

遠心型タービンでのガイドベーンからランナべーへの流入状態解析結果

遠心型タービンで可変ガイドベーンが付いているタイプでのガイドベーンからランナベーンへの流れ状態解析結果図として速度コンターと速度ベクトルの表示です。

ガイドベーンへの流入状態にすこし無理があり、ガイドベーン入口部形状を変えなければと考えていますが、 可変ガイドベーンシャッター面の位置も変わるため、どうするか迷うところです。

ランナベーンへの流入状態は最適化出来ていて、ランナベーン翼間流れも滑らかに圧力降下があり、乱れもない良い流れになっています。