熱流体解析

ケーシング入口からノズル流出までの流体解析

これまでは、軸流タービンの静翼・動翼部分の流れ状況を特に作った解析モデルで流体解析を行った結果をご紹介しましたが、今日は実際のタービンケーシングから初段流入ノズルまでの流れ解析を行った結果です。

ケーシング入口からノズル流出までの流体解析

ノズル流出流れ解析モデルの全体です。
ケーシングに丸形状のガス入口が4か所あり、ガスノズルが同じく4か所有ります。 

ケーシング入口からノズル流出までの流体解析2

全体を真横から見たところです。 ノズル流出後のガスはきれいな渦を巻いてケーシング出口まで進んでいます。 

ケーシング入口からノズル流出までの流体解析3

ノズル部のズーム図です。
ノズル流出後のガスは、少しだけノズル板に引き寄せられるように進みながら減速しています。 

ケーシング入口からノズル流出までの流体解析4

ノズル部を斜めから見た図です。
流出速度の最大値は、設計値に近いと思いますが、
平均したノズルスロート部のガス速度は少し低いように推測できました。 

非圧縮性流体用タービンの性能解析

非圧縮性流体にて駆動される軸流多段タービンの性能を見るための流体解析を行いました。

非圧縮性流体用タービンの性能解析1

タービンの定格回転数よりも25%ほど低い回転数で運転をした場合の速度分布図を表わしていますが、羽根の回転周方向速度Uが少し小さく動翼から出た流れが回転と反対方向の旋回成分を持つことになっているため、タービン効率は設計点に比較して小さくなります。 

非圧縮性流体用タービンの性能解析2

効率が設計点に比して少し低下する理由は、タービン後流がまだ旋回成分を持ったまま流出する為に旋回エネルギーが無駄に捨てられるからです。
このようにタービンの後流は重要な意味を持ちます。

非圧縮性流体用タービンの性能解析3

これは、設計点での運転状態での流体解析結果です。
タービン羽根回転数を適切に増やし最適運転状態を実現しています。

非圧縮性流体用タービンの性能解析4

動翼後方の後流は、ほとんど旋回成分を持っておらず、タービンが無理なくエネルギーを回転エネルギーへと変換したことが分ります。
更に効率良い羽根が設計可能か考えてみます。

遠心ポンプの流体解析例

羽根が2次元翼で大きめの比速度の流量が多いタイプの遠心ポンプ内流れを解析した例をご紹介します。

遠心ポンプの流体解析例 1

普通の遠心ポンプはほとんどが渦巻きケーシングを持っていますが、これはドラム型ケーシングから4ヶ所出口パイプが突き出しているという少し特殊なタイプです。
表示は、絶対速度での表示となっています。 

遠心ポンプの流体解析例 2

これは、羽根部分の速度分布を相対速度表示で見ているものです。
少々メッシュが荒かったため少しわかりにくい表示状態となっていますが、羽根間相対速度はかなり減少しているのが気になります。  

遠心ポンプの流体解析例 3

ドラム型ケーシング内での絶対速度の分布を見ています。
ケーシングの断面に注目すると上から下に回転する渦流が少し発生しているようです。

遠心ポンプの流体解析例 4

羽根表面の絶対速度分布を色で表示したものと相対速度をベクトル表示したものを重ねて見れるようにしています。
ボス部が大きすぎるのが大変気になります。