1997 Fiscal Year Annual Research Report
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09750175
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
坪井 一洋 茨城大学, 工学部, 助手 (00282278)
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| Keywords | 着氷現象 / 非圧縮性流れ / 振動翼 / 数値流体力学 / 液滴流モデル / 過冷却霧 |
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| Research Abstract |
過冷却霧中に置かれた振動翼への着氷現象に対して風洞実験ならびに数値実験を実施し以下に示す諸結果を得た.
1.着氷実験(一様風速10m/s,環境温度-12℃)
Heavingおよびpitching運動可能なNACA0015翼型(コード長120mm)に対する風洞実験から以下の結果が得られた.
(1)着氷速度
振動の程度が強いほど着氷速度が小さくなる(すなわち,着氷量が減少する)こと,そして,それが振動形態によらず振動の相対振れ角θだけで決まることを見出した.振動翼への着氷速度を決める要因として翼に対する相対速度と着氷面積に注目して,着氷速度γに対する評価式としてγ∝(1+Cθ)^<-1>を得た.
(2)着氷形状
固定翼の場合,前縁の比較的狭い領域から直線的に広がってたほぼ矩形となる.Heaving運動の場合には先端部は平坦であるが,上下面に膨らみをもたせた菱形に近い形状となった.Pitching運動では全体の形状は矩形であるが,その先端部は丸みをもつ形となった.すなわち,翼型前縁に付着した氷の断面形状は振動形態に大きく依存することが確認された.
2.空力実験(Re=1.7×10^5,10^6)
翼前縁に着氷したNACA0012およびNACA4412翼型に対して2次元非圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式に基づいた数値シミュレーションを実施し,その空力特性について調べた.その結果,迎え角による揚力係数の変化は着氷にはほとんど影響しないが,抵抗係数は着氷形状が大きいほど増加するという結論を得た.
3.シミュレーション・モデルの構築
非定常流あるいは剥離流で生じる着氷現象に対するシミュレーション・モデルを構築するために,液滴流に基づいた基礎方程式を定式化した.特に,水滴が粒子径分布をもった液滴流に対する基礎方程式を導き,ナヴィエ・ストークス方程式と連立させるモデルを提案した.このモデルを円柱およびNACA0015翼型まわりの流れに適用し,その衝突効率を求めることに成功した.
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[Publications] Kimura S., Tsuboi K. and Ichikawa Y: "Effect of Ice Accretion on the Turbine Rotor (The Aerodynamics Characteristics of an Aerofoil and the Natural Frequency of the Blade)" Proceedings of International Conference on Fluid Engineering. Vol.III. 1533-1538 (1997)
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[Publications] Tsuboi K.and Kimura S.: "Numerical Study of the Effect of Droplet Distribution in Incompressible Droplet Flows" accepted in 29th AIAA Fluid Dynamics Conference at Albuquerque,New Mexico. AIAA paper 98-2561. (1998)
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[Publications] Tsuboi K.and Kimura S.: "Formulation of Basic Equations of Droplet flows with the Diameter Distribution" accepted in The Third International Conference on Fluid Mechanics,Beijing. 1-6 (1998)
