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ディスク形MHD発電機では、発電流路入口部に放射状ノズル列(スワールベーン)を設け、ローレンツ力の作用による旋回とは逆向きの旋回を予め与えておくことにより、断熱効率の向上を図ることができる。かかるスワールベーンとして、従来は、平行流生成用の対称形超音速ノズルを用いていたため、ベーンの両端で、流れに非対称が生じ、ベーン出口円周上に流速の不均一が発生するという問題点があった。
本研究では、昨年度、均一流速の出口条件から、入口に向かって1流線の仮定の下に、特性曲線法で設計するという新たな非対称ベーンの設計法を提案し、流れの均一化と、全圧損失の低減化の効果があることを、風洞実験によって確認した。それと同時に、亜音速部の一層の最適化が必要であることもわかった。
そこで今年度は、粘性、乱流を考慮した数値流体解析コードを作成し、実験結果との比較及び、亜音速部を含めた各種設計法によるベーンの性能の比較検討を行い、実機導入におけるベーン設計の最適化を図ることを行った。まず、数値解析により、本研究で新たに提案した非対称ベーンの設計法が、円周方向の流れの均一化に有効であることを確認した。次に、実機導入を想定して、亜音速部を最適化した設計法を用いて、スワール角を大きくとって後縁厚さを増した設計を行った場合、スワール角が小さく後縁厚さが薄い理想的なベーンに比べればやや性能は低下するものの、従来型のベーンに比べれば、円周方向の流れの均一性が改善されることが示された。
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