• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2013 Fiscal Year Annual Research Report

渦ー音響相互作用モデルに基づく熱交換器管群部の気柱共鳴騒音予測手法の開発と実用化

Research Project

Project/Area Number 23560270
Research InstitutionShonan Institute of Technology

Principal Investigator

西田 英一  湘南工科大学, 工学部, 教授 (70410032)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 濱川 洋充  大分大学, 工学部, 教授 (30243893)
Keywords共鳴 / 熱交換器 / 伝熱管群 / カルマン渦 / 渦ー音響相互作用 / 同期化
Research Abstract

管群をダクトに内蔵する熱交換器において、ダクトを流れる気体がある流速に達すると気柱振動が励起されて高レベルの騒音が発生する場合があり、最悪の場合にはプラントの負荷上昇が困難になるばかりでなく、構造の破損を引き起こす。この現象は、管群から放出されるカルマン渦が気柱振動を励振し、気柱振動が放出されるカルマン渦の強度を増大し、各渦の放出のタイミングの同期化を促進するというフィードバック機構を有する自励振動である。
本研究では管群における気柱共鳴現象を設計段階で予測することを目的に、後流振動子モデルを用いて渦/共鳴音場相互作用のモデル化と、それに基づく定式化を行った。渦/共鳴音場相互作用では多数の渦が共鳴の成長とともに同期化する現象を取り扱うために、後流振動子の位相のばらつきを考慮可能な確率論的な機能を付加した。また、もうひとつの相互作用因子である「共鳴の成長とともに渦の強度が増大する」現象もFacchinettiの解を参考に定式化した。その結果をもとに、設計時点での共鳴成分の強度を予測可能な計算方法を提案した。
本提案の精度、妥当性を検証すべく、熱交換器の代表的な製品である大容量ボイラ管群部の縮尺模型を風洞装置に設置して風洞実験を行った。その結果、実機における共鳴現象の再現に成功するとともに、この現象を支配する現象である「渦放出の空間的な同期化」について、本提案手法により高精度にシミュレーション可能であることが明らかとなった。
今後、提案する予測シミュレーションにおける未知パラメータの実験同定、予測精度の実験検証を行う。特に、管群設計において重要な課題である「共鳴が生じていない固有モード」についての原因解明が今後の課題である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Effect of Arrangement of Tube Banks on Acoustic Resonance2013

    • Author(s)
      Hiromitsu Hamakawa, Tatsuaki Nakamura, Kenta Asakura, Eiichi Nishida, Eru Kurihara
    • Journal Title

      Open Journal of Fluid Dynamics

      Volume: vol.2, No.4A Pages: 311-317

  • [Journal Article] 管群を有する熱交換器における気柱共鳴と吸音構造による抑止法の研究2013

    • Author(s)
      西田 英一
    • Journal Title

      振動技術

      Volume: No.28 Pages: 40-48

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] STUDY ON STABILITY ANALYSIS ON ACOUSTIC RESONANCE IN HEAT EXCHANGER TUBE BUNDLES2014

    • Author(s)
      E. Nishida, H. Hamakawa
    • Organizer
      ASME 2014 Pressure Vessels &Piping Conference,PVP2014
    • Place of Presentation
      米国 アナハイム
    • Year and Date
      20140720-20140724
  • [Presentation] 産業機械の静粛化技術と今後の課題(ボイラにおける管群気柱共鳴音について)2013

    • Author(s)
      濱川洋充,西田英一,栗原央流
    • Organizer
      日本騒音制御工学会,秋季研究発表会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      20130905-20130906
    • Invited
  • [Presentation] 気柱共鳴発生時の管群から放出される渦の同期化の評価指標に関する研究2013

    • Author(s)
      濱川洋充,西田英一,朝倉健太,松岡博紀,栗原央流
    • Organizer
      JSME Dynamics & Design Conference 2013
    • Place of Presentation
      九州産業大学
    • Year and Date
      20130826-20130829
  • [Presentation] 管群気柱共鳴予測のための安定判別法の研究2013

    • Author(s)
      西田英一,濱川洋充
    • Organizer
      JSME Dynamics & Design Conference 2013
    • Place of Presentation
      九州産業大学
    • Year and Date
      20130826-20130829
  • [Presentation] Synchronization Characteristics of Vortex Shedding from Tube Banks on Acoustic Resonance2013

    • Author(s)
      H. Hamakawa, E. Nishida, K. Asakura
    • Organizer
      ASME 2013 Pressure Vessels &Piping Conference,PVP2013
    • Place of Presentation
      フランス パリ
    • Year and Date
      20130721-20130725

URL: 

Published: 2015-05-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi