スートブロワなどの工業機器の高性能化を目的とした超音速プラグノズルシステムの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555048
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 宮里 義昭 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (30253537)
• 研究分担者: 片野田 洋 北九州大学, 国際環境工学部, 講師 (40336946) ; 半田 太郎 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助手 (30284566) ; 青木 俊之 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (20150922) ; 則松 康文 三菱重工業株式会社, 広島研究所, 主査
• キーワード: スートブロワ / プラグノズル / 複合チョーク / ジェットバーナー / 高速フレーム溶射 / 超音速噴流

研究概要

本研究は、超音速ノズルからの超音速噴流を利用するスートブロワ用噴射ノズル、さまざまな廃棄物を処理し再資源化するフレームジェットバーナー処理システム用超音速ノズル、高速フレーム溶射法において、超音速フレームを形成するための超音速ノズルなどの機器に最適の高性能超音速プラグノズルシステムを開発することを目的としている。研究の課程において、複数の圧縮流れが合流するときに生じる流れのチョーク現象、すなわち複合閉塞現象の解明が本研究のノズルシステムを開発する上で極めて重要であることが分かった。このため、この現象についても研究を行った。本研究の主要な成果を要約すると、つぎのとおりである。
1.ラグノズルからの過膨張、適正膨張、不足膨張の超音速噴流の流れ場をTVD法による数値計算で解き、定性的に明らかにした。
2.超音速噴流と円柱との衝突に関して、円柱表面の圧力係数は、円柱前縁が噴流のポテンシャルコア領域内に位置する場合、ポテンシャル理論による値よりも小さく、円柱をポテンシャルコア下流に置くと、ポテンシャルコア理論に近い値となる。
3.先細ダクトにおける二つの流れの混合を考慮に入れた複合チョークに関するモデルを提唱した。このモデルは実験結果と極めてよく一致する。
4.先細ダクトで複合チョークが起こる場合、ダクト下流にダクト軸にほぼ対称な衝撃波が観察される。また、TVD法による数値計算でも同じ結果が得られた。
5.複合チョーク現象は、複合音波による1次元理論で定性的に説明できる。
以上述べたように、本研究により、プラグノズル流れや複合閉塞現象に関して多くの知見が得られた。しかし、超音速ノズル出口の広がり角がピトー全圧などノズル性能に及ぼす影響などについては今後さらに検討する必要がある。また、ダクト上流が超音速と亜音速、あるいは超音速と超音速のときの複合チョーク現象、ダクト内の境界層を考慮に入れたときの複合チョーク現象、複合音波についてはさらなる研究が必要である。

研究成果

• [文献書誌] 片野田洋, 權眞卿, 權純範, 宮里義昭, 益田光治, 松尾一泰: "二つの亜音速流れの複合閉塞に関する一次元解析"九州大学大学院総合理工学報告. 22・1. 29-34 (2000)
• [文献書誌] J.K.Kwon, K.Masusaka, Y.Miyazato, H.Katanoda, M.Masuda, K.Matsuo: "Compound Choking of a Two-Parallel Stream through a Nozzle"Proceeding of the 6^<th> Asian Symposium on Visualization. (CD-ROM). (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazato, J.K.Kwon, M.Yonamine, H.Katanoda, M.Masuda, K.Matsuo: "Numerical Analysis of Compound-Compressible Nozzle Flows"Proceeding of the 6^<th> Asian Symposium on Visualization. (CD-ROM). (2001)
• [文献書誌] 片野田洋, 宮里義昭, 松尾一泰: "超音速プラグノズル流れの解析"九州大学大学院総合理工学報告. 23・1. 31-34 (2001)
• [文献書誌] 片野田洋, 宮里義昭, 則松康文, 白谷誠, 益田光治, 松尾一泰: "適正膨張超音速噴流中に置かれた円柱まわりの流れ(スートブロワ噴流のモデル実験)"日本機械学会論文集 B編. 67・663. 2687-2692 (2001)
• [文献書誌] J.K.Kwon, K.Masusaka, Y.Miyazato, M.Masuda, K.Matsuo, H.Katanoda: "Compound Choking of a Two-Parallel Stream Through a Convergent Duct"KSME International Journal. 15・12. 1829-1834 (2001)
• [文献書誌] 与那嶺牧子, 宮里義昭, 益田光治, 松尾一泰: "断面積一定の水平管内において上下に分離された静止気体中を伝播する複合音波"九州大学大学院総合理工学報告. 23・3. 291-294 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyazato, M.Yonamine, J.K.Kwon, H.Katanoda, M.Masuda, K.Matsuo: "Experimental Investigation on Compound Choking of Two-Subsonic Streams through Converging Duct"AIAA Paper. 2002・153(CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] T.Yamawaki, M.Yonamine, Y.Miyazato, M.Masuda: "Numerical Simulation of Two-Parallel Subsonic Streams through Converging Duct"Proc. of the 4^<th> CSS on Materials, Energy and Environmental Sciences. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] M.Yonamine, H.Katanoda, Y.Miyazato, M.Masuda, K.Matsuo: "Numerical Study of Two-parallel Subsonic Streams through Converging Ducts"Proceedings of the 5^<th> JSME-KSME Fluids Engineer Conference. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] 權眞卿, 与那嶺牧子, 宮里義昭, 片野田洋, 益田光治, 松尾一泰: "先細ダクトを通る二つの亜音速流れの合流による複合チョーク"日本機械学会論文集 B編. 68・675. 2960-2967 (2002)