非軸対称旋回流れとその安定性

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61550122
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 黒川 淳一 横国大, 工学部, 助教授 (40017976)
• Keywords: 非軸対称流れ / 外向き流れ / 安定性 / はく離 / 旋回流れ

Research Abstract

羽根車により引き起こされる旋回流れは、正規流量点から外れると時間的空間的に非軸対称な流れとなることが多く、旋回失速や逆流を引きおこし、機械の性能低下および振動・騒音の発生原因となる。これらには、羽根面上のはく離や逆流に基づくもの、境界条件の非軸対称性に基づくもの、系自体の不安定性に基づくものが考えられる。
本研究では、外向き旋回流れ自体の不安定性に基づく非軸対称性に着目して、旋回の大きさと非軸対称性の関係を基礎的に検討し、次年度には境界条件の非軸対称性に基づく流れ自体の安定性を解明しようとするものである。
本年度は、空気流を用いて固定円形巽列がガイドベーンによる外向き旋回流れをつくった。流れの旋回角度を周方向から7.5゜,15゜,30゜,45゜に設定して、半径方向位置4ケ所周方向位置20ケ所の各断面内の静圧・全圧および流れ角を測定し、流れ特性値の軸体称性とその半径方向変化を検討し、さらに油膜法を用いて各場合の壁面近傍流線の可視化をおこなった。得られれた結果を要約すると以下のようになる。
1.外向き旋回流れは本質的に不安定で非軸対称な流れパターンに移行し易いが、その主たる原因は半径の大きい領域に生ずる壁面近傍の3次元剥離と考えられる。
2.旋回強さを変えた場合の流れ特性の変化は、周方向からの旋回角度が15゜付近で最も不安定性は小さく、7.55゜では強い旋回失速が生じ、45゜では局所的に流出する領域と流出しない領領域が生ずる。
3.旋回羽根直後の流れは、旋回角度によらずほぼ軸対称に近い流出をするが、半径の増大に伴って断面内最大速度点が一方の壁から他方の壁へ移行し、その程度が周方向位置により異なるため非軸対称流れへと流れパターンが変化してゆく。