熱流体解析

ジェットエンジン設計と性能解析

ジェットエンジンを設計して、その性能解析を行った結果図関係です。

次は、流れ線を増やして流れ状態結果を見たものです。

このジェットエンジンは、入口側ファンからコンプレッサーに入らないバイパス分の空気がありますので、正確にはターボファンエンジンです。

バイパス比は大変に小さいのですが。

入口ファンは、単段軸流ターボファン、コンプレッサーは斜流コンプレッサー、タービンは遠心タービンという3つの羽根で構成されているシンプルなジェットエンジンとなっています。

旋回流発生機構の性能解析

旋回流を上手に利用するための旋回流発生機構を設計して解析した結果図です。

なぜ旋回流を研究するのかは、もともとタービンの回転動力発生原理は旋回流発生と密接に関係しているからです。

つまりタービンの回転動力発生は、意図的に発生させた流れの旋回流エネルギーを上手に回転するエネルギーに変えている結果なのです。

旋回流エネルギーと同時に、翼出口から噴射される噴流の反動動力も使っているので、それらを効率が高くなるようにうまく配分して設計します。

衝動タービン設計例と噴流の流れ解析

衝動タービンを設計した例において、噴射ノズルからの流れがどのように動翼に作用するのかを流れ解析した図です。

次の図が解析用タービンモデルとなっています。

そして次の図が流れを解析した結果図です。

衝動タービン翼の流れは、各翼部の相対流れが干渉しないようにすることが大事であり、また衝動翼を出た流れはまだ充分な速度を持つ絶対流れになっている場合も多いですから、翼以外の部分、例えばボス、軸、ケーシングなどにぶつかって反転流が翼の回転を妨げることのないように計画することも必要です。

エネルギー回収風力タービン設計と解析

下図のようなエネルギー回収風力タービンを設計しました。

設備の配管内などから充分な風速が残ったまま排気がされている場合に、その捨てられている風速エネルギーを回収するタービン発電機となります。

つまり設備用省エネ機器となります。

風速が残っている配管の出口にタービン発電機を取り付ければ配管抵抗が増すこととなり、風量の低下を招いてしまいますが、なるべくタービン部に抵抗が少ない設計とすれば少ないい抵抗増加で抑えることが出来、風速エネルギー回収も無理がないこととなります。

もしファンが送風を行っている場合は、ファンに排気圧がかかりファンの動力が増えそうですが、ファンの特性として風量が増えると動力が増えるけども、送風抵抗が増えて風量が減ると風量に動力が比例するため、一見ファン動力の低下で省エネになっているように見え、更に風力タービンの発電で電気を付け加えるので、全体システムとしては良さそうになります。

全体システムでの風量低下という問題は残りますが、風量低下が許される範囲なら排風エネルギー回収はありです。

ターボブロワーの設計と性能

送風機において、出口圧力が低い順にファン、ブロワ、コンプレッサーとなります。

産業用にはブロワの圧力範囲で使う送風機も多くあり、そのようなブロワは多段ブロワが以前は主流でした。

しかし現在は高周波で駆動するモーターが普通に使えるようになったため、羽根1個の高速回転ブロワがその小型、軽量、安価、効率が高いなどの利点で使われるようになりました。

その高速回転型遠心ブロワーの設計をおこない、性能を求めた例が次です。

流れを表す色つきの線群で気になるところは、渦巻ケーシング巻き終い部であり、それが渦巻ケーシングからの吐出に回転を与えて無駄なエネルギー消耗があるようです。

S型チューブラー水車の性能解析

S型チューブラー水車の性能解析を進行中です。

S型チューブラー水車はカプラン水車でもあるので、ガイドベーンとランナベーンが角度可変することからその性能を捉えるには非常にたくさんの解析計算が必要となります。

でもそれにより常に高効率状態で運転出来る使用点を求めることが出来、年間の発電量の最大化には最適です。

気体エネルギー回収タービンの設計・解析例

気体エネルギーを回収する軸流型ガスタービンの設計と性能解析結果例です。

次は、流線群表示です。

流線群表示から見ると回収エネルギーを持ったガスがタービンの静翼と動翼を通過した後で軸方向にまっすぐ出ているので、これはタービンのエネルギー回収効率が高い状態を示しています。