CFD支援による遠心送風機低流量域不安定流動発生機構の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550154
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 石田 正弘 長崎大学, 大学院・生産科学研究所, 教授 (60039683)
• 研究分担者: 植木 弘信 長崎大学, 工学部, 助教授 (30160154)
• キーワード: 遠心送風機 / CFD解析 / 低流領域不安定流動 / インデューサ失速 / ディフューザ失速 / ストールマージン改善 / 入口循環流形成 / ディフューザ通路幅縮小

研究概要

インデューサ付高比速度型遠心羽根車の低流量域で発生する不安定流動の発生機構を明確にし、かつ、失速限界を向上して不安定流動流量範囲を狭くするため、入口循環流形成によるインデューサ失速抑制効果およびデイフューザ通路幅縮小によるディフューザ失速抑制効果を3次元乱流数値解析と実験の両面から追究し、以下のことを明かにした。
(1)初期の低流量域不安定流動の発生は、過度の減速に基づくインデューサ喉部先端における逆流に因るものであって、必ずしも過度の入射角に基づく羽根前縁剥離に因るものではないことを明確にした。
(2)さらに低流量での強い不安定流動は、インデューサ失速とディフューザ失速の両者が原因であり、ディフューザ失速に基づく不安定流動は、羽根なしディフューザ内の逆流が出口まで到達した場合に発生する。
(3)入口循環流形成によるインデューサ喉部先端の逆流吸出しよって、インデューサ失速は抑制される。
(4)設計流量における特性を悪化させることなく、適切な入口循環流量が得られる下流側環状溝位置は、インデューサ喉部羽根先端付近であることを数値解析と実験で明らかにした。
(5)ディフューザ失速を抑制するには通路幅、特に出口幅を縮小することが効果的である。
(6)入口循環流形成デバイスとディフューザ通路幅縮小の両対策によって、不安定流動発生流量範囲を約45%低流量側へ移行できた。

研究成果

• [文献書誌] 石田正弘: "羽なしディフューザの不安定現象について"日本機械学会研究協会部会RC178研究分科会研究報告書. 125-135 (2002)
• [文献書誌] Ishida, Masahiro: "Numerical Investigation of Inducer Stall at Small Flow Rates in a Centrifugal Blower (Effect of Blade Leading Shape on Flow Separation)"Proc. of the 4th International Conference on Pumps and Fans. 206-212 (2002)
• [文献書誌] Sun, Zixiang: "Numerical Simulation on Flow Separation Behavior in a Centrifugal Blower under Time-Periodic Inflow Condition"Proc. of the 4th International Conference on Pumps and Fans. 315-321 (2002)
• [文献書誌] Taufan Surana: "Effect of Inducer Blade Leading Shape on Unstable Flow Inception in a Centrifugal Blower (Comaparison of Numerical Analysis and Experiment)"Proc. of the 5th JSME-KSME Fluids Engineering Conference. OS16-4,2. 1-6 (2002)
• [文献書誌] 石田正弘: "遠心送風機のインデューサ失速に及ぼす入口循環流の影響"日本機械学会九州支部第56期総会講演会. (発表予定). (2003)
• [文献書誌] Taufan Surana: "Computational and Experimental Studies on Stall Suppression in a Centrifugal Blower"Proc. of the 7th Asian International Conference on Fluid Machinery. No.3077(発表予定). (2003)