ユ ー・ザ の 中 心 線 長 さL。=400mmお よ び200mmの2種 類 を 製 作 し,ら 線 角 と デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さ よ り 前 者 をNo.20400,後 者 をNo.20200の デ ィ フ ユ ー ザ と 呼 ぶ.そ の 形 状 お よ び 寸 法 は 図2.1に 示 す.
ま た,デ ィフ ユ ー ザ 内 に そ う入 さ れ た 案 内 羽 根 の 前 縁 は,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 か ら下 流 方 向 に40mmの 位 置 と定 め,案 内 羽 根 の 長 さ につ い て は,前 章 で 用 い た 案 内 羽 根 長 さ,す な わ ち,案 内 羽 根 を そ う入 す る 基 点 よ り デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さ L。の3/4ま で の 長 さ の 羽 根 をShortの 羽 根,ま た,基 点 よ り デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で の 長 さ の 羽 根 をLongの 羽 根 と 呼 ぶ.
な お,案 内 羽 根 そ う入 位 置 は 無 次 元 化 した 値b/B,で 示 し,図2.1に 案 内 羽 根 の そ う入 位 置 を 実 線 で 示 して い る.
実 験 は,壁 面 が 滑 ら か な デ ィ フ ユ ー ザ に つ い て,表2.1に 示 す よ うな デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さ,案 内 羽 根 の そ う入 位 置 お よ び 案 内 羽 根 長 さ を 変 え た 組 み 合 わ せ(30種 類)に つ い て 行 って い る.
デ ィ フ ユ ー ザ の 入 口 平 均 流 速Uiは,前 章 と 同 様,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 か ら上 流 の 直 管 部 150mmの 点 を 基 準 と し,す べ て の 実 験 に 対 して 速 度 を27m/sec
±0.5%と 一 定 に 保 っ て い る(Re数 は 約2.3
×105で あ る).
デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 で の 流 量 お よ び 入 口流 速 の 測 定 お よ び 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 凹,凸 両
unitmm
壁 面 の 静 圧Pの 測 定
方 法 は す べ て 第1章 で 図2.1測 定 用 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ
一38一
述 べ た も の と 同 じ で あ 表2.1 る.
な お,圧 力 測 定 孔 は No.20400の デ ィ フ ユ ー ザ の 場 合 は,凹 壁 面 側33個,凸 壁 面 側23 個,No.20200の 場 合
は,凹 壁 面 側21個,凸 壁 面 側16個 で あ る.
実験の組み合 わせ
Diffuser No.
Lengthof
guidevane Positionofguidevaneb/BI
20400
Short 00.1250.18750.25
0.31250.3750.500.75 Long
20200
Short二 00.1250918750.25 0.31250.3750.500.75 Long
2.4実 験 結 果 お よ び 考 察
2 .4.1壁 面 圧 力 分 布
図2.2〜 図2.6に デ ィ フ ユ ー ザ 壁 面 の 圧 力 分 布 を 示 す.
縦 軸 は 圧 力 係 数cp,横 軸 は デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 よ り デ ィ フ ユ ー ザ の 凹,凸 両 壁 面 に沿 っ て 測 っ た 距 離 を そ れ ぞ れ の デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で の 距 離Lで 割 っ て 無 次 元 化 した 値1/Lを と り,基 準 と した デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 よ り上 流 の 直 管 部 は 負 で 示 して い る.ま た,圧 力 回 復 率Cρ 。を 点 線 で 示 し,デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 η も あ わ せ て 記 して あ る.
図2.2は,No.20400の デ ィ フ ユ ー ザ に お け る壁 面 圧 力 分 布 で あ る.
案 内羽 根 の 長 さ は,基 点 よ り デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で のLongの もの で,案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 はb/B1=0.25,0.50,0.75に 設 け た もの と,案 内 羽 根 な し,す
な わ ち,b/B,=0の もの で あ る.
案 内 羽 根 な し,b/B、=0.75お よ び0.50の 位 置 に そ う入 し た 場 合 の 凸 壁 面 の 圧 力 分 布 は,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 付 近 に お い て 圧 カ ー 定 値 を 示 す 領 域 が 大 き く,こ れ よ り,は く離 や うず が 激 し く生 じて い る こ とが わ か る.と く に,案 内 羽 根 な し
の 場 合 に 顕 著 で あ る.
案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 をb/B,=0.25の よ う に 凸 壁 面 側 に 近 づ け る こ と に よ り,デ ィ フ ユ ー ザ 凸 壁 面 の 出 口付 近 の 圧 力 が 一 定 と な らず,徐 々 に圧 力 上 昇 を 示 し,は く離 や う ず の 発 生 が 抑 え ら れ,し た が って,圧 力 回 復 率C四,デ ィ フ
一39一
ユ ー ザ 効 率 η も高 い 値 を 示 して い る.
しか し,案 内 羽 根 を 凸 壁 面 に 近 づ け 過 ぎ る と,デ ィ フ ユ ー ザ 凸 壁 面 の 出 口 に お け る は く離 や うず が 案 内 羽 根 後 縁 の 流 れ に 影 響 し,抵 抗 損 失 が 増 加 す る た め に デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 お よ び 圧 力 回 復 率 が 低 下 す る と い う 結 果 か ら,あ ま り 凸壁 面 に近 づ け 過 ぎ な い よ う に そ う入 位 置 を 考 慮 す る必 要 が あ る と い え る.
図2.2壁 面 圧 力 分 布
ま た,b/B1竺0.75の そ う入 位 置 に お け る 凹 壁 面 側 の 圧 力 は,他 の そ う入 位 置 の も の と比 較 し た と き,1/L=0 .15付 近 で 圧 力 の 急 降 下 を 示 し,そ の 後,出 口 に 向 か って 徐 々 に 圧 力 上 昇 を 示 して い る.こ の 圧 力 の 変 動 は,案 内 羽 根 を 凹 壁 面 近 く に そ う入 す る こ と に よ り,案 内 羽 根 前 縁 付 近 の 背 面 に は く離 が 生 じ,羽 根 背 面 と 凹 壁 面 の 間 の 流 路 幅 が 狭 ま り,流 速 が 増 大 し,圧 力 が 低 下 し た もの と 考 え ら
れ る.な お,凹,凸 壁 面 の 圧 力 差 は他 の そ う入 位 置 と 比 べ て 極 め て 小 さ い こ とが わ か る.
図2.3も 前 図 と 同 様,No.20400の デ ィ フ ユ ー ザ に お け る 壁 面 圧 力 分 布 を 示 し た も の で あ る が,案 内 羽 根 の そ う入 位 置 は,前 章 に お い て 比 較 的 デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 が 良 好 な 結 果 を 示 したb/B,=0.1875お よ び0.25の 羽 根 位 置 の もの に つ い て, 案 内 羽 根 の 長 さ を そ れ ぞ れShortとLongの 場 合 の も の を 比 較 した もの で,案 内
羽 根 な しの 場 合 も あ わ せ て 示 して い る.
案 内 羽 根 の そ う入 位 置 がb/Bl=0.1875お よ び0.25と も に 凹 壁 面 側 で の 圧 力 分 布 は,案 内 羽 根 長 さ がShortとLongに よ る差 は ほ と ん ど認 め られ な い.
し か し,凸 壁 面 側 の 圧 力 分 布 に お い て,案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 がb/B且=
0.25のLongの 羽 根 の 場 合 は,1/。L=0.4付 近 か ら デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 良 好 な 圧 力 上 昇 を 示 して い る.こ れ は,案 内 羽 根 を デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 長 くす る こ と に よ り,凸 壁 面 で の は く離 が デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 効 果 的 に 抑 え ら れ た こ と
一40一
に よ る もの で,圧 力 回 復 率Cpa, デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 η と も に 高 い 値 を 示 して い る.
ま た,案 内 羽 根 長 さ がShort の 場 合 は,b/rO .25の 場 合 よ り0.1875の そ う 入 位 置 の 方 が 良 好 な 結 果 を 示 す の に 対 し て,案 内 羽 根 長 さ がLongの 場 合 は,b/B,=0.25の そ う入 位 置 の もの が 最 も良 好 な デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 を 示 して い る .
これ は,前 述 の 理 由 か ら もわ
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一No ̲20400
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.2.504
…875畿t‡ 含1:ま:456
476
図2.3壁 面 圧 力 分 布
か る よ う に,案 内 羽 根 長 さ がLongの 場 合,案 内 羽 根 の そ う入 位 置 を 凸 壁 面 に近 づ け 過 ぎ る と,デ ィ フ ユ ー ザ 凸 壁 面 出 口 にお け る うず や は く離 が 案 内 羽 根 後 縁 の 流 れ に 影 響 し,抵 抗 損 失 が 増 加 す る た め で あ る と考 え られ る.
す な わ ち,案 内 羽 根 を 長 くす る こ と に よ り デ ィ フ ユ ー ザ 内 の 流 路 を 分 割 し,そ の 流 路 ご と に 圧 力 回 復 が 行 わ れ,凸 壁 面 で の は く離 を 効 果 的 に デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 抑 え る こ とが で き る た め に デ ィ フ ユー ザ 効 率 ηは 良 好 と な る.
図2.4お よ び 図2.5は,デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さIL。=200mm,す な わ ち, No.20200の デ ィ フ ユ
一 ザ の 壁 面 圧 力 分 布 を 示 し た も の で あ る.
案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 は,そ れ ぞ れb/B1
=0 .25,0.50,0.75 に 設 け た も の と 案 内 羽 根 な し の も の を 示 し て
い る.
図2.4は,案 内 羽 根 の 長 さ がShortの 場 合
0.5
0
一〇.5
No.20200
1
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1
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一
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図2.4壁 面 圧 力 分 布 一
一41一
を 示 す.
No.20200の デ ィ フ ユ ー ザ に っ い て も壁 面 の 圧 力 分 布 の 状 態 はNo.20400と 同 様 の 圧 力 分 布 の 傾 向 を 示 す が,凹 壁 面 側 の 圧 力 の 上 昇 は 小 さ く,ま た,出 口 付 近 で の 圧 力 の 低 下 は大 き い.
ま た,案 内 羽 根 な しお よ びb/.Bl=0.75の 位 置 に 案 内 羽 根 を そ う入 した も の は 凸 壁 面 の 出 口付 近 に お い て 圧 力 の 一 定 値 を 示 す 領 域 が 見 られ,は く離 や うず な どが 発 生 して い る こ と が わ か る.
案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 をb/B,=0.50,0.25と 順 次 凸 壁 面 側 に 近 づ け る こ と に よ り良 好 な 圧 力 回 復 が 得 られ,圧 力 回 復 率Cpaも 高 い 値 を 示 す こ とが わ か る.
ま た,図2.5は,案 内 羽 根 の 長 さ がLongの 場 合 で,Shortの 案 内 羽 根 長 さ の も の と比 べ て 良 好 な 圧 力 回 復 を 示 して い る.
す な わ ち,凹 壁 面 の 圧 力 分 布 で は デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 の 圧 力 の 低 下 は 小 さ く,と くに,案 内 羽 根 の そ う入 位 置 がb/Bl=0.25お よ び0.50の 場 合 の デ ィ フ ユ ー ザ 凸 壁 面 の 出 口 付 近 の 圧 力 分 布 は 一 定 と な る こ とが な く,し た が って,は く離 や う ず の 発 生 が 抑 え られ,圧 力 回 復 率C'paも 高 い 値 を 示 して い る.
つ ま り,デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さ の 短 い場 合,案 内 羽 根 の 長 さ を デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 長 くす る こ とで,案 内 羽 根 長 さが 短 いShortの もの と比 べ て デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 は か な り 改 善 さ れ,良 好 とな る こ とが わ か る.
図2.6は,No.20400 お よ びNo.20200の デ ィ フ ユ ー ザ に お い て,案 内 羽 根 の 長 さ を Short,Longの2種 類 変 え た 場 合,そ れ ぞ れ の デ ィ フ ユ ー ザ の 組 み 合 わ せ に よ って 最 も良 好 な 効 率 を 示 した 案 内 羽 根 そ う入 位 置 で の 壁 面 圧 力 分 布 で あ る.
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No.20200
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図2.5壁 面 圧 力 分 布
一一42一
と くに,Shortの 羽 根 の 場 合 はLongの もの よ り降 下 率 が 大 き い こ とが わ か る.
これ は,N(λ20200の デ ィ フ ユ ー ザ で は 中 心 線 長 さが 短 い た め に,No.20400 の デ ィ フ ユ ー ザ に比 べ て 流 体 の もっ 速 度 を 有 効 に減 少 す る た め の 十 分 な 距 離 を 得 る こ とが で き な い た め,流 体 が 比 較 的 速 度 の 大 き い 状 態 で 大 気 中 に 放 出 さ れ る結 果,出 口 で の 損 失 が 大 き くな る た あ で あ る.
ま た,凸 壁 面 側 の 圧 力 は,案 内 羽 根 を 凸 壁 面 に 近 い 適 当 な 位 置 に そ う入 す る こ と に よ り 出 口 付 近 で の は く離 を 抑 え る こ とが で き,高 い デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 が 得 ら れ る.
2.4.2等 速 度 線 図 お よ び 旋 回 速 度 線 図
(1)等 速 度 線 図
図2.7(a),(b),(c)お よ び 図2.8(a),(b),(c)は,デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さ が 異 な るNo.20400,No.20200の デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 に お け る 速 度Uz/万1の 等 速 度
一43一
線 図 を 示 した もの で あ る.
な お,図 の ▽,▼ 印 の 記 号 は,そ う入 した 案 内 羽 根 を 対 数 ら線 の 形 状 に 沿 うて デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 延 長 した と き の 位 置 を 示 し,▽ 印 は 案 内 羽 根 の 長 さ が Shortの 場 合,▼ 印 は 案 内 羽 根 の 長 さ がLongの 場 合 を 示 す.
図2.7(a>,(b),(c)は,No.20400の デ ィ フ ユ ー ザ に お い て,最 も高 い デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 を 示 し た 案 内 羽 根 の そ う入 位 置 お よ び 案 内 羽 根 長 さの 組 み 合 わ せ, す な わ ち,Shortの 場 合 はb/B,=0.1875の 位 置,Longの 場 合 はb/B,=
0.25の 位 置 に お け る も の で あ る.な お,案 内 羽 根 な しの 場 合 も あ わ せ て 示 して い る.
図(b>の 案 内 羽 根 長 さ がLongの 場 合 は,デ ィ フ ユー ザ 出 口 ま で 羽 根 が あ る た あ に,案 内 羽 根 背 面 側 で は 羽 根 の 曲 率 の 影 響 に よ り境 界 層 が 発 達 し,速 度 が 遅 く
な って い る.
ま た,腹 面 側 で は 凸 壁 面 上 で 境 界 層 が 成 長 し,流 れ が 凹 壁 面 側 に偏 る た め に速 度 の 速 い 領 域 が 認 あ られ る.
図(a}の 案 内 羽 根 長 さ がShor七 の 場 合 に は,デ ィ フ ユ ー ザ の 凸 壁 面 近 傍 に お
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図2.7等 速 度 線 図
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.V. OofG n(宅)23.4
(c)
一44一