研究課題
発電所の排熱回収用ボイラなどの熱交換器では，試運転時に気柱共鳴現象が発生し，振動と騒音が問題になることがある．本研究は，本現象の発生に及ぼすフィンの効果を解明し，正確な発生予測設計法を構築することを目的とする．本年度は，フィンの形状が異なる場合のフィン隙間を通過する噴流の吸音特性の実験的解明と理論的予測，管群配列が異なる場合の気柱共鳴発生時の渦と音響場の相互作用の実験的解明を行い，発生予測法の構築を行った．その結果，以下の結論を得た．(1)壁面音圧および管表面の圧力変動のスペクトルのピーク周波数はギャップ流速に比例し増加するが，気柱共鳴現象が発生するとロックイン現象が生じ，ピーク周波数は流速が増加するにつれて階段状に変化する．(2)揚力方向1次モードと2次モードの気柱共鳴現象が発生すると，壁面音圧と渦放出の相関が急激に強くなる．気柱共鳴現象発生時には音圧変動の節の位置の管からは交互渦が放出されている．1次モード，2次モードとも管群内の管に作用する揚力変動は気柱共鳴現象の発生前後で壁面の音圧変動よりも約π/2だけ位相が遅れる．管の振動無しの状態において後流振動子が粒子速度の影響を受けると考えれば，渦励振と同様に気柱共鳴現象発生の安定判別解析が可能である．(3)背後空気層を有するフィン隙間の噴流の吸音率の特性を実験的に明らかにするとともに，理論式による吸音率と比較検討した．吸音率の周波数分布には極大値が存在し，背後空気層厚さが増加するにつれてピーク周波数が増加した．フィン形状を模擬した多孔板の板厚が減少するにつれてピーク周波数は増加した．理論式において孔内を通過する粒子速度のマッハ数および多孔板に平行な流れのマッハ数を上手く見積もれば，理論値の傾向が実験結果とほぼ一致した．(4)上記結果に基づき，フィン付き管群における気柱共鳴現象の発生予測法の構築を行った．
すべて 2017 2016
すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)
Proceedings of the ASME 2017 Pressure Vessels & Piping Conference
巻: PVP2017-65913 ページ: 1-9
Proceedings of 11th International Conference on Flow-Induced Vibration
巻: FIV2016 ページ: 1-6
