3.1緒 言
デ ィ フ ユ ー ザ の 特 性 は,案 内 羽 根 の そ う入 位 置 や 壁 面 粗 さ の 違 い の ほ か デ ィ フ ユ ー ザ の 入 口形 状 の 変 化 に よ っ て も大 き く影 響 さ れ る こ と が 予 測 (33) さ れ,ま た,曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 出 口 に 適 当 な 長 さの 直 管 を 接 続 す れ ば,デ ィ フ ユ ー ザ 性 能 は さ ら に 良 好 に な る と予 測(34)さ れ て い る.
しか しな が ら,こ れ らに つ い て の 研 究 は ほ とん ど な さ れ て お らず,た だ,半 径 比 の 小 さ い ベ ン ドに お い てr短 い 直 管 を 出 口 部 に接 続 す る こ と に よ り損 失 係 数 が 減 少 す る と い う報 告(35)は あ る が,曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 性 能 や 流 れ を 知 る に は 不 十 分 で あ る.
第1章,第2章 に お い て,曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ の 流 路 内 に 案 内 羽 根 を そ う入 し た と き,案 内 羽 根 長 さ に 関 係 な くそ の そ う入 位 置 が 凸 壁 面 近 く に あ る 場 合 が 最 も 高 い 効 率 を 示 す こ とが わ か っ た.し か し,こ の と き の デ ィ フ ユ ー ザ 凹,凸 壁 面 と 入 口 直 管 部 との 接 続 部 が 不 連 続 の 状 態 で の 研 究 で あ っ た.
そ こ で 本 章 に お い て は,入 口 直 管 部 と滑 らか に 接 続 す る デ ィ フ ユ ー ザ を 新 た に 製 作 し,曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ 入 口 形 状 の 違 い や デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 に 直 管 を 接 続 す
るか 否 か が デ ィ フ ユ ー ザ 性 能 に ど の よ う な影 響 を 与 え るか を 知 る た め に,第1章, 第2章 で 用 い た 入 口 形 状 と は 異 な る もの に つ い て,デ ィ フ ユ ー ザ の 後 方 に 接 続 さ れ た 直 管 の 長 さ,案 内 羽 根 の そ う入 位 置 とそ の 長 さ お よ び デ ィ フ ユ ー ザ の 中 心 線 長 さの 変 化 が デ ィ フ ユ ー ザ の 凹,凸 壁 面 の 圧 力 分 布 や デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 に 及 ぼ す 影 響 を 明 らか に す る こ と を 目 的 と し た研 究 を 行 って い る.
3.2主 な 記 号
前 章 ま で に 用 い た 記 号 の ほ か,以 下 の 記 号 を 用 い る.
p、:デ ィ フ ユ ー ザ 出 ロ ま た は デ ィ フ ユ ー ザ 後 方 直 管 出 口 の 平 均 静 圧 θ:デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 の 面 と 案 内羽 根 前 縁 位 置 とを 結 ぶ 線 と の な す
一51一
角 度=15.4°,Type皿
Uz/丁 、 ・ デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 面 ま た は 接 続 直 管 出 口 面 に 垂 直 方 向 の 分 速 度
3.3実 験 装 置 お よ び 方 法
実 験 装 置 は 前 章 ま で の も の と 同 様 で,曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ は,吹 出 し形 風 洞 の 出 口 に 取 り 付 け ら れ,直 管 は そ の 直 後 に 取 り 付 け ら れ て い る.そ の 装 置 の 概 略 を 図3.1に 示 す.
実 験 に 用 い た 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ は,図3.2(a),(b>,(c)に 示 す3種 類 の 入 口 形 状 を も っ た 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ を 用 い て い る.
曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ は,2枚 の 対 数 ら線 状 の 壁 面 と2枚 の 平 板 壁 と か ら成 り 立 っ て お り,そ の ら 線 角 はa20° で あ る.デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さL。 は そ れ ぞ れ400mmと200mmで あ り,第2章 と 同 様 に,前 者 をNo.20400,後 者 を No.20200の デ ィ フ ユ ー ザ と 呼 ぶ.
図(a)は,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 と 直 管 部 と の 接 続 部 が 流 路 中 心 線 上 で は 滑 ら か に 接 続 し て い る が,凹,凸 壁 面 に お い て は 直 管 部 と 不 連 続 と な っ て お り(図(d)参 照),前 章 ま で に 用 い た 形 状 と 同 じ も の で,こ れ をTypeIと 呼 ぶ.
図(b}お よ び 図(c)は,流 路 中 心 線 は も ち ろ ん 凹,凸 両 壁 面 に お い て も 直 管 部 と デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 部 が 滑 ら か に 接 続 さ れ た も の で あ る.
OOSuctionduct
●Blower11) Experimentalcurveddiffuser
O3ConnectionductlQ)Pit ottube(totalpressure)
④CylindricaユductStatic pressuretap
OSquareduct OHoneycomb
'Zエ50⑦Bユ 。wduct
♂
●Straightduct●Photconductive Three‑dim∈xisionaZtachometer
Pitottube ●Motor
図3.1実 験 装 置 の 概 略 図
一52一
図(b)は,案 内 羽 根 を そ う入 した と き の 前 縁 の 位 置 を 結 ぶ 線 が,デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 上 に お い てTypeIと 同 じ く デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 か ら40mmの 下 流 を 通 り, 入 口 直 管 部 と90° の 角 を な す もの で これ をType皿 と呼 ぶ.
ま た,図(c)は,案 内 羽 根 前 縁 の 位 置 を結 ぶ 線 が,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 部 の 面 と θ=15.4° の 角 を な す もの で,こ れ もデ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 上 に お い て 入 口 か ら 40mmの 下 流 を 通 り,こ れ をType皿 と 呼 ぶ.
案 内 羽 根 の 長 さ は,第2章 と 同 様 に,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 を 基 準 と した デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さL
。の3/4に 相 当 す る もの をShortの 羽 根 と 呼 び,案 内 羽 根 前 縁 よ り デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で の 長 さ の もの をLongの 羽 根 と呼 ぶ.
図3.2に は,案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 を 実 線 で 示 し,表3.1に は,デ ィ フ ユ ー ザ 各 部 の 寸 法 を 示 す.
表3.1デ ィ フ ユ ー ザ 各 部 寸 法
Typeof TypeI Typeエ1,工 工工
diffuser No.20400 No.20200 No.20400 No.20200 五〇
五〇' B2
B1 8 ro r .75 r .50 r .25
「φ
400.00 300.oa z60.4a
200.00 150.00 120.54
400.oa 300.00 160.00
200.00 150.00 120.54 80.00
300.00 173.13 153.95 135.00 116.41 98.37
79.58 300.00 178.19 ユ56.46 135.00 113.94 93.50
一 unエt㎜
一53一
実 験 は,滑 らか な 壁 面 を も っ た デ ィ フ ユ ー ザ に つ い て,表3.2の ○ 印 で 示 す 組 み 合 わ せ に よ りデ ィ フ ユ ー ザ 入 口 形 状,案 内 羽 根 そ う入 位 置,案 内 羽 根 長 さ,デ
ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さ お よ び デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 に 接 続 さ れ た 後 方 直 管 の 長 さ な ど を 変 え た 種 々の 組 み 合 わ せ に つ い て 行 って い る.
デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 の 上 流150mmで 測 定 され た 平 均 流 速Tlは,す べ て の 実 験 に 対 して27m/sec±0.5%(Re数 は 約2.3×105で あ る.)と 一 定 に 保 っ て い る.
デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 直 管 部 で の 平 均 静 圧 万1は,図3.1の ⑨ の 壁 面 ま わ り (TypeIの 場 合20個,TypeIIお よ びType皿 の 場 合24個)の 静 圧 孔 の 平 均 値 で 求 め,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 で の 流 量 お よ び 入 口 流 速 は ピ トー 管 ⑩ に よ り 求 め る.
デ ィ フ ユ ー ザ 壁 面 お よ び 後 方 直 管 に 沿 う静 圧 を 凹,凸 壁 面 に対 して 測 定 し,デ ィ フ ユ ー ザ 壁 面 に 沿 う圧 力 分 布 を 得 て い る.
測 定 用 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ ⑪ の 壁 面 圧 力 の 測 定 孔 は,入 口 直 管 部 を 含 あ て そ れ
表3.2デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 形 状,案 内 羽 根 そ う 入 位 置,案 内 羽 根 長 さ,デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 長 さ お よ び 後 方 直 管 の 長 さ の 組 み 合 わ せ
Typeofdiffusez Lengthof guidevane
Positionofguidevaneb/BI
0 0.25 o.sa 0.75 D.125 0.1875 0.3125 0,375
No.20200 Type‑T Short
0 0 0 O 0 0 0 0
Long 0 0 0 0 0 0 0
No.20400 Type‑1 Short
0 0 0 0 0 O 0 0
Long 0 0 O 0 O 0 0
Type一 工工
Short
0
0 0 0 0 0 0 0
Type一 工工工 0 0 0 0 0 0
Type一 工1
工.ong 0 0 0 0 O 0 0
Type一 工TI 0 0 0 O 0 0
Diffuser No.
闘
Typeof diffuser
Lengthofrear ductZ/L
Positionofguide vaneろ/B1
Lengthofguidevane
Short Long
aa400
Type工 1,001.57 2,124.20
0 0,125 0.1875 0.25 4.3125 0,375 0.50 0.75
0 0
Type工 工 1,001.74
2,224.16 O 0
20200
Type工 1,001.63
1,997.31 0 0
TypeII 1.Od1.23
1,552.00 0 0
一54一
そ れ 中 央 部 に 圧 力 測 定 孔(φ0.5mm)を 設 け て 行 い,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で の 数 は,TypeIの 場 合 凹 壁 面 側33個,凸 壁 面 側23個,Type皿 お よ びTypeI皿 で は,凹 壁 面 側56個,凸 壁 面 側46個 で あ る.
ま た,デ ィ フ ユ ー ザ 出 ロ で の 流 れ の 状 態 を 三 次 元 的 に測 定 す る た め5孔 ア ロ ー ヘ ッ ド形 ピ トー 管 ⑫ を 用 い て い る.
3.4実 験 結 果 お よ び 考 察
3.4.1壁 面 圧 力 分 布
(1)デ ィ フ ユ ー ザ 入 ロ 形 状 の 違 い に よ る 壁 面 圧 力 分 布
図3.3〜 図3.8に デ ィ フ ユ ー ザ 入 口形 状 の 違 い に よ る壁 面 圧 力 分 布 を 示 す.
縦 軸 は 圧 力 係 数Cp,横 軸 は 無 次 元 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Cpa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.
な お,案 内 羽 根 そ う入 位 置 はb/B,で 示 して い る.
図3.3は,案 内 羽 根 の そ う入 位 置 がb/Bl=0,す な わ ち,案 内 羽 根 な しの 場 合 の デ ィ フ ユ ー ザ 入 口形 状 の 違 い に よ る壁 面 圧 力 分 布 を 示 す.
凹 壁 面 の 圧 力 分 布 は,TypeI, TypeII(Type皿)と も に 〃 五=
0.5ま で 同 じ 傾 向 を 示 し,TypeI で は こ の 位 置 に お い て 圧 力 が 最 大 と な り,そ の 後,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 圧 力 は 降 下 し,大 気 圧 に 近 づ く.し か し,接 続 部 が 滑 ら か な TypeIIで は,1/L=0.5を 過 ぎ て か ら も 圧 力 の 上 昇 は 続 き,z/L
=0 .6の 位 置 で 圧 力 が 最 大 と な り,そ の 後,下 流 に 向 か っ て 圧 力
a̲s
0
一 〇.5
No.20400 Concave
團
b/BZ呂0
1一
一 、
一 卜・◆‑C
pa
一・◇ 嘔
一 f
一 Convex
一̲4 0・2̲4。6・81.OZ/1}
1}
一 一 ̲2
一
一 Type°fエ1エ(IIエ)
JDifuuscr
一
i
一
Diffuser ‑O‑十 walls
一 ηc$)23.446.0
一 Cps.236.356
図3.3壁 面 圧 力 分 布
一55一
は 降 下 し,大 気 圧 に 近 づ くがTypeIに 比 べ て 緩 や か で あ る.
凸 壁 面 の 圧 力 は,TypeIの デ ィ フ ユ ー ザ の 入 口 形 状 で は,入 口 直 後 に 不 連 続 に よ る圧 力 の 急 低 下 を 生 じ て い る が,TypeIIで は,圧 力 が 緩 や か に 低 下 し, TypeIに お い て 圧 力 の 最 低 値 を 示 す 位 置 が,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 直 後 で あ る の に 対 して,Type皿 で は,t/L=0.1に 移 って い る.こ れ は デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 と 直 管 部 が 滑 らか に な っ た た あ で あ る.
ま た,TypeIに お い て,凹 壁 面 で の デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 の 不 連 続 に よ る大 き な 圧 力 の 変 動 が 現 れ な い の は,こ の 位 置 で の 境 界 層 が 厚 くな って い る た め で あ る.
TypeIお よ びType皿 の デ ィ フ ユ ー ザ と も に,凸 壁 面 で は1/。L=0.5か ら圧 カ ー 定 値 を 示 す が,TypeIの 場 合 は,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で 圧 力 は 一 定 で,流 れ は 完 全 に は く離 し,う ず や は く離 が 激 し く起 こ って い る の に 対 して,Type皿 の 場 合 は,一 度1/L=0.5付 近 に お い て 圧 カ ー 定 値 を 示 す が,1/L=0.6付 近 か
ら下 流 に 向 か い 徐 々 に 圧 力 が 上 昇 して い る こ とが わ か る.
し た が って,TypeIとType皿 の デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 形 状 の 違 い に つ い て は, 入 口 形 状 が 滑 らか なTypeIIの デ ィ フ ユ ー ザ の 方 が デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 η は 良 好 で
あ る こ と が わ か る.
図3.4(a),(b)は,TypeI,Type且 お よ びType皿 の デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 条 件,案 内 羽 根 長 さ お よ び 案 内 羽 根 前 縁 の 位 置 の 変 化 に よ る場 合 の 壁 面 圧 力 分 布 を 示 し た も の で,デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 η が,前 章 に お い て 比 較 的 高 い 値 を 示 した わ/Bl=0.25の 位 置 に 案 内 羽 根 を そ う入 した 場 合 で あ る.
図(a)は 案 内 羽 根 長 さ がShort,図(b)は 案 内 羽 根 長 さ がLongの 場 合 で あ る.
図(a)の 凸 壁 面 側 の 圧 力 に お い て,TypeIの 場 合 は デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 直 後 で 急 な 圧 力 降 下,上 昇 を 示 し,Type皿 お よ びType皿 の 場 合 は 先 に 述 べ た よ う に 圧 力 の 降 下,上 昇 は緩 や か に な っ て い る.
しか し,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 に お け る圧 カ ー 定 を 示 す 範 囲,す な わ ち,は く離 領 域 は ほ とん ど 差 異 が な い が,案 内羽 根 前 縁 位 置 が 上 流 側 に あ るTypeHIの 場 合 が
い くぶ ん 高 い デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 を 示 して い る こ とが わ か る.
この こ と か ら,比 較 的 高 い 効 率 を 示 す 位 置 にShortの 案 内 羽 根 を そ う入 した と き は,本 実 験 に お け る デ ィ フ ユ ー ザ の 入 口 条 件 の 変 化 の 程 度 で は デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 に そ れ ほ ど影 響 し な い が,案 内 羽 根 の 前 縁 位 置 の 違 い に よ る影 響 は わ ず か に 見
一一56‑一 一
られ る.
ま た,低 い 効 率 を 示 す 位 置,す な わ ち,凹 壁 面 に 近 い 位 置 に 案 内 羽 根 を そ う入 した と き は 入 口 条 件 の 差 異 に よ り デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 に 影 響 が 現 れ る とい え る.
図(b}の 凸 壁 面 側 の 圧 力 分 布 に お い て も 図(a)と 同 様 に,TypeI の 場 合 は デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 直 後 に お い て 入 口 条 件 が 不 連 続 な た め 急 激 な 圧 力 降 下,上 昇 を 示 して い る が,Typellお よ びType皿 の デ ィ フ ユ ー ザ は 入 口 条 件 が 滑 らか で あ るの で 圧 力 の 降 下,上 昇 は 緩 や か に な って い る.
しか し,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 付 近 で の 圧 カ ー 定 を 示 す 領 域 は3種 類 の デ ィ フ ユ ー ザ 形 状 と も ほ とん ど 差 異 が な く,TypeIの 入 口 形 状
の デ ィ フ ユ ー ザ が わ ず か に 高 い デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 を 示 す 程 度 で あ る.
ま た,凹 壁 面 側 の 圧 力 は,TypeI,
0.5
0
一〇.5
No̲20900 I
Concave
LengthofG.V̲ 1
=Short b/Bズ0・25
弊
.三摯三一噛
}
i Cpa、 Convex
噛
1
一.4 0 ̲4̲6.81̲OZ/L
唱 一・2[
一
、 1 Typeof
I工 工 工工工Dif￡
uscr
、
一
Diffuser
w。11。 〈 〉一 一△ 一 ヨ}
〜 n(竃)60.060.562.2
嘲 CpQ.441.454.466
(a)
(b)
図3.4壁 面 圧 力 分 布
TypeEお よ びType皿 と も 同 じ 傾 向 を 示 し,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 に お い て 大 気 圧 に 近 づ い て い る こ と が わ か る 。
図3.5お よ び 図3.6は,そ れ ぞ れTypeHお よ びType皿 の 壁 面 圧 力 分 布 で あ り,案 内 羽 根 の 長 さ がShortの 場 合 に つ い て,案 内 羽 根 そ う 入 位 置 を そ れ ぞ れ わ/Bl=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.
TypeIIお よ びType皿 の デ ィ フ ユ ー ザ と も 凸 壁 面 に お け る 圧 力 は,デ ィ フ ユ ー ザ 入 ロ 前 方 よ り す で に 降 下 し,〃L=0〜0.1付 近 で 圧 力 の 最 低 値 を 示 し,そ の 後 上 昇 して い る が,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 直 管 部 と デ ィ フ ユ ー ザ が 滑 ら か に 接 続 し
一57一