熱流体解析

飛翔体の流れ解析


バイク走行時空気抵抗値解析例です。
次図は、解析計算時モニタリング画面です。

次図は、バイク周りの流蹟線図です。

最後は、正面から見た流蹟線の状態です。

バイクの解析用モデリングはかなり大まかである事例でした。

空気清浄器の設計と性能解析


空気清浄器の設計と性能解析の事例です。
次図は、全体3次元設計図です。

次図は、シロッコファン部のみの流れ性能解析の結果図です。

そして最後は、空気清浄器運転状態解析の計算途中モニタリング画面です。

以上のようにして、設計から性能確認までを行います。

クロスフロー水車の流れ解析 ケーシング内部に液体が充満している場合


クロスフロー水車の流れ解析で、ケーシング内部に液体が充満している場合の結果図です。

下側からランナ廻り流れを見た図が次です。

ケーシング内部に液体が充満している、つまり自由表面流れが無い状態での流れ解析であるため、ランナに液体 が作用していない部分での抵抗と、 ランナ入口出口差圧の減少でタービン効率は5~10%程度下がります。

しかし、ランナ内を転向しながら流れる流体状態は計算できており、クロスフロー水車での羽根部作用が良く分かる 解析結果にはなっています。

プロペラ運転時の流れ解析


設計したプロペラの運転時流れ解析を行いました。

流れとしては、上方からプロペラが空気を吸い込み下方に流れを出すことで上方向への推力を発生している解析
結果図ですが、プロペラ先端部あたりの翼弦長分布を小さくし過ぎて、プロペラの中心に近いところだけに主流が
出来たのは明らかに設計ミスでした。

ディフューザー付き遠心コンプレッサーの流れを見る


ディフューザー付き遠心コンプレッサーの流れを流体解析で見てみます。

上図の遠心コンプレッサー羽根は羽根入口はインデューサー形状となっていてインペラ羽根出口は半径方向に流れが出るラジアル型になっています。
そして、インペラ羽根出口には、インペラから出た流れを滑らかに導きながら拡大流れにして、流体の運動エネル ギーを圧力エネルギーに転換するディフューザーと呼ばれている流れ案内羽根があり、これがあるとない場合に比べて インペラから出た流体の圧力を上昇し易くなります。

案内羽根形状のディフューザーは流量が設計点付近では、非常に滑らかに流体流れを拡大していくことが出来て 効率も高いのですが、流量が設計点から外れるとインペラ出口から出た流れが案内羽根ディフューザーの入口付 近に斜めから当たるようになり、羽根出口流れが乱されて効率が低下するのです。

よって、流量の変動が大きい遠心コンプレッサーでは羽根付きディフューザーではなく、ただの拡大通路を設ける 方が流量変動時効率が高くなるので、特に流量変動の多い車用ターボチャージャー遠心コンプレッサーは羽根なしディフューザーになっています。

上図が今回の遠心コンプレッサーの流れ解析結果ですが、インペラからディフューザーを通った流れは、円筒状
ケーシングの中に入り、2方向に分けて吐出するような構成になっています。
そのような構成でのケーシング内流れを結果図から見ると、きれいに2方向に分かれて吐出しているのが見えま
す。

ただ、普通2方向に分かれる場合は2重渦巻ケーシングとしてディフューザー案内羽根を出た流れが滑らかに集ま りながらロスなく減速することが最適ですが、この構成ではただの円筒ケーシングとしてみたため、ケーシング吐出 口に来る流れの半分は案内流れ吐出方向から180度反転して出口に導かれることとなっています。

このように流れが無理やり曲げられた部分では、流れの乱れによるエネルギー損出が大きくなり、それは結局とし て案内羽根ディフューザーからの流れの圧力エネルギーを渦の熱エネルギーとして捨て去ることとなり、運動エネ ルギーの圧力エネルギーへの転換率が低い、つまり効率が低い遠心コンプレッサーとなってしまいます。
とにかく流れに無理がない状況を作ることがエネルギー効率的にもっとも優れていることになります。