2018 Fiscal Year Research-status Report
Improvement of prediction method of acoustic resonance in boiler tube banks using feedback model of vortex intensity
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17K06232
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
濱川 洋充 大分大学, 理工学部, 教授 (30243893)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流体関連振動・騒音 / 流体工学 / 渦 / 管群 / 音響 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
発電所の大容量ボイラなどの熱交換器の管群において度々発生する気柱共鳴現象は，未だ設計段階での発生予測が困難である．本研究は，非線形性が強く解明されていない渦強度および管軸方向相関長に及ぼす気柱共鳴現象の影響を明らかにし，発生予測法を開発することを目的とする．本年度は，気柱共鳴現象時の管群内の渦の挙動を調べるとともに，気柱共鳴現象発生前後の渦放出と共鳴音圧変動との関係を実験的に調査した．その結果，以下の結論を得た．
（1）ギャップ流速が増加するにつれて気柱共鳴現象が発生し，壁面音圧変動が急激に増加する．管ピッチ比が小さいほど，音圧変動の振幅のエンベロープの勾配が大きく，気柱共鳴現象は短時間で急激に成長する．このとき，渦放出の管軸方向相関長も増大する．
（2）抗力方向の管ピッチ比が小さい場合には，管群内の管の圧力変動の方が管群最後列の管よりも大きくなる．気柱共鳴現象の励起力は最後列の管よりも管群内の方が大きくなる．気柱共鳴現象の発生流速は管群内と最後列ではどちらも同じである．
（3）管ピッチ比が2.0の正方配列管群において，気柱共鳴現象の発生前は，渦放出に起因する管表面の圧力変動のピーク周波数は流速に比例し増加し，ストローハル数は0.3となる．揚力方向の1次モードの気柱共鳴現象が発生すると，壁面音圧変動が増加し，発生流速を用いたストローハル数は0.15となる．渦放出周波数の半分の周波数で気柱共鳴現象が発生する．
（4）気柱共鳴現象発生前は二つの管表面の圧力変動の位相差は逆位相となり，交互渦が放出されている．揚力方向1次モードの気柱共鳴現象が発生すると，渦放出は共鳴周波数にロックインし，管表面の圧力変動の位相差は同位相となる．本実験条件下では，気柱共鳴現象発生時には管群内では双子渦が放出されていた．双子渦放出に後流振動子モデルを適用する方法について検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，管群配列のピッチ比を変化させて，気柱共鳴現象時の管群内の渦の挙動を実験的に調査するとともに，気柱共鳴現象発生前後の渦放出と共鳴音圧変動との関係について検討した．気柱共鳴現象は短時間で急激に成長するが，このとき渦放出のスパン方向の相関長も増大することを明らかにした．また，これまでに報告されていない渦放出周波数の1/2の周波数で気柱共鳴現象が発生することを明らかにした．ほぼ当初の計画のとおりに研究が進展していることから，「おおむね順調に進展している」の評価とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究がおおむね順調に進展していることから，研究計画の変更はない．今年度は，これまでの結果を踏まえ，様々な管群配列およびフィン形状について，検討を行う．
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| Causes of Carryover |
当初の計画のとおりに研究費および旅費を使用した．格安の出張を行ったため，わずかな次年度使用額が発生した．金額がわずかであるため，次年度の助成金の使用計画に変更はない．
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Research Products
(3 results)
