熱流体解析

シロッコファンの設計と性能解析


シロッコファンの設計と性能解析事例です。次が性能解析結果グラフになります。

性能曲線

次は設計点での流れ線図になります。

シロッコファン

次は、設計点での軸断面での速度分布です。

シロッコファン

次は、設計点での羽根からケーシング出口にわたる流れ速度分布図です。

シロッコファン

模型用2重反転ブレードの流れ解析


模型用2重反転ブレードの流れ解析を一般的な手のひらに乗るサイズの2重反転ブレードヘリ型ラジコンのブレード形状で行ってみました。

2重反転ブレード

その結果分かったことは、非常に多くの性能アップ改善点が存在していることであり、 揚力を発生するエネルギー効率を大幅に増やす改善設計が出来る余地を持つことです。 揚力を発生するエネルギー効率を増やすことは、モーターを駆動する電池の持続時間を増やすことになり、 長時間飛べるドローンを設計出来ることになります。 そのような改善設計は、当社ターボブレードなら可能となります。

2重反転ブレードの1段のみの性能解析


2重反転ブレードの1段のみを性能解析しました。次が1段ブレードのみでの流れ線です。

2重反転ファン

これを2重反転での流れ線である次図と比べると

2重反転

1段ブレードではブレード下流の流れが旋回を持ち乱れて広がるのが分かりますが、 2重反転ブレードでは下流流れがほぼ真っ直ぐ出ているのが分かります。 つまり2重反転ブレードの2段目羽根は1段目羽根が造る旋回流を打消し軸方向にまっすぐ出す役目をしているのです。 それにより、軸方向推進効率が高いプロペラとなります。

バルブ型プロペラ水車の流れ解析


バルブ型プロペラ水車の流れ解析を行い、それによりドラフトチューブ形状の性能への影響を見ました。

バルブ水車

次は全体流れを斜め上から見ているものです。

流体解析

もともとこのバルブ水車は単純な円錐テーパ管のドラフトチューブを使用しているのですが、テーパ管の長さ方向が充分取れなかったために、 ドラフトチューブ出口流速が毎秒4m程度の高速流となってしまっていて、タービンの出口圧力回復効果が十分ではなかったのです。 そこで今回の設計変更でドラフトチューブをS型チューブラー水車のドラフトチューブに近い短距離で拡大率を大きく取れる形状に変更して流れ解析を行い、タービン動力と効率を求めました。 その結果、S型チューブラー水車のドラフトチューブに近いこの形状での出口流速は毎秒1m以下になり、効率も5%以上改善が見られたので、この設計変更は有効であると結論しました。 よって現在この新型ドラフトチューブの製作図を作成中で、製缶の出来上がりは1か月半先ぐらいとなり、それから現地での交換と試運転計測が2か月先ぐらいでしょうか。 水力発電用タービンは、導水部の流体形状から出口までの流体形状まで手を抜くことなく設計しなければならないという教訓を得ている事例です。

熱水軸流タービンの性能流体解析用の解析メッシュ


熱水軸流タービンの性能流体解析用の解析メッシュ作成状況です。 次は、軸流タービン出口側から見た解析用メッシュです。

熱水タービン

次は、軸流タービン動翼部のメッシュを拡大して見たものです。

軸流タービン

そして最後は、軸流タービン静翼と半径流外向き流れラジアルタービンとそれのノズル部分のメッシュです。

流体解析

少し目が粗いので、メッシュ生成の設定を変え、羽根部をより緻密なメッシュになるようやり直します。