遠心羽根車の流路に沿って発達する乱流混合損失メカニズムの解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650197
• Research Institution: Yatsushiro National College of Technology
• Principal Investigator: 宮本 弘之 八代工業高等専門学校, 機械電気工学科, 助教授 (90124156)
• Keywords: ターボ機械 / 送風機 / 内部流れ / 遠心羽根車 / 乱流 / 二次流れ / すきま漏れ / 熱線計測

Research Abstract

本研究では、遠心羽根車通路内の時間平均相対流れ及びレイノルズ応力等の乱流特性の計測を行い、通路内損失に占める乱流混合の寄与度を調査した。さらに、乱流混合損失に及ぼす二次流れ、翼端漏れ渦、レイノルズ応力の影響を考察すると共に、通路内流れの数値解析も行い、以下の結果を得た。
シュラウド付き羽根車の場合、速度欠損がシュラウド面近くから負圧面に及ぶ領域にあり、この領域でレイノルズ応力は大きい。レイノルズせん断応力は定性的に渦粘性の概念に従うが、これに従わない領域が二次流れ域に存在する。散逸域は、乱れエネルギーの大きい領域より狭く、損失域と極めて高い相関がある。
半開放形羽根車の場合、速度欠損がケーシング面近くの羽根間中央に認められ、この領域でレイノルズ応力も大きい。この羽根車でも、レイノルズせん断応力は定性的に渦粘性の概念に従うが、この概念だけでは説明できない領域がケーシング面近くにあり、翼端漏れ渦や二次流れのせん断応力に対する寄与の複雑さが窺える。散逸も、ケーシング面から翼間中央に認められ、損失と高い相関がある。この散逸は翼端漏れ渦の影響によりケーシング面近くの負圧面寄りで顕著に現れる。
流れの数値解析では、羽根車の通路内流れが複雑であることを考慮し、非構造格子を基本とする有限要素法に低レイノルズ数型κ-εモデルを用いて流れ解析を行い、この有効性を実験結果との比較により検討した。その結果、翼間流れは定量的に改良の余地が有るものの、定性的には実験結果と一致した。羽根車特性は翼間流れとの関連で完全には一致しないが、定性的に良好な一致を示し、本解析法の有効性を確認した。

Research Products

• [Publications] Hiroyuki MIYAMOTO: "Measurements of the Reynolds stresses at Mid-passages of the Unshrouded and shrouded Centrifugal Impellers "Proceedings of the 3rd ASHE/JSME Joint Fluids Engineering Conference. (CD-ROM). (1999)
• [Publications] 宮本弘之: "半開放形遠心羽根車の通路中間乱流特性に及ぼす流量の影響"日本機械学会論文集(B編). 66巻642号. 468-474 (2000)
• [Publications] 宮本弘之: "シュラウド付き遠心羽根車の通路中間乱流特性に及ぼす流量の影響"日本機械学会論文集(B編). 66巻645号. 1384-1389 (2000)
• [Publications] Satoshi MATSUMOTO: "Au Analysis of Flow in Centrifugal Impeller by FEM with κ-εModel"International Journal of Thertnal and Fluid Sciences. Vol.10No.1. 7-13 (2001)