熱流体解析

簡易型エアタービンの流れ解析結果


以前ご紹介いたしました、解析値や解析結果画像を載せた電動ヘリコプターのブレード性能線図です。

エアタービン

流体解析で性能線図として必要な各種値を解析計算で求め、まとめた性能線図群です。

ターボファンエンジン設計解析


ターボファンエンジン設計解析例です。

ターボファンエンジン

ターボファンエンジンとしては、かなり小型のものです。

斜流コンプレッサー

流体解析

流線を増やした2枚の画像では、ファンから斜流コンプレッサー、燃焼器、遠心タービン、排気管と連続して流れを解析している様子が詳しく見られるようになっています。ターボファンエンジンですから、バイパス流れもあり、それが排気流れと合流して後方に噴射されるようすが良く分かります。バイパス比は、小さいものとなっています。

スクリューの設計と性能解析


スクリューの設計と性能解析を行いました。次は翼表面絶対速度分布図です。

性能解析

次は翼表面相対速度分布図です。

スクリュー

解析結果としては設計時想定プロペラ推力よりも解析結果は大きい推力となっていました。 それは多分翼型を揚力係数の大きめの分布としたからだと推定しています。 揚力係数を大きく取るとキャビテーションが起きやすくなりますが、翼断面位置分布と弦長分布でそれをなるべく減らすようにしています。 用途は全長3m以下程度の海底資源調査小型艇に使われることを想定しています。 スクリュー効率が高ければ長時間運転出来ますので、高効率設計にこだわります。

小型資源探査艇の推進時抵抗解析


全長3mほどの小型資源探査艇の推進時の船体抵抗値を流れ解析した結果図です。

抵抗解析

ある速度で前進している船体の抵抗値を解析で求めることで、 プロペラの必要推進力を求めることが出来、正確なプロペラ設計と運転時回転数が求められます。 実際の解析作業は、想定仕様でプロペラを設計してみて、そのプロペラをある回転数で回転させながら船体を推進させ、 プロペラ単体にかかる軸方向推進力とプロペラが回転した状態での船体抵抗値が釣り合う状態が実際の航行状態になりますので、 プロペラ回転数を細かく変えながら解析を何度も繰り返してプロペラ推進力=船体抵抗値の状態を求めます。 ですから、設計と解析には相当な手間がかかる作業です。 そのようにすると解析結果は、かなり正確なシミュレーションとなります。

ウエイストゲート用タービン発電機の設計と性能解析


ターボチャージャーのウエイストゲートに取り付けるタービン発電機の設計と性能解析を進めています。次が性能解析結果の一例です。

性能解析

この初期設計では、タービンは遠心タービンであり、渦巻ケーシングにノズルである固定ガイドベーンを付けています。 固定ガイドベーンが流量変動に対してガイドベーンが無い場合よりタービン出力が出るのかどうか解析で確かめていきます。 その次には、渦巻ケーシング出口円筒面が最適なノズル状態になるのかどうか、ケーシングをガイドベーンがない分小型にしたケーシングを設計して出力解析を行います。 どうも固定ガイドベーンにすると出力が大きく出る範囲がある程度限定されると考えています。