5.1緒 言
曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 性 能 に 影 響 を 及 ぼ す もの と して,デ ィ フ ユ ー ザ の 形 状 や そ の 他 の 要 素 が 考 え られ る が,著 者 は 対 数 ら線 形 状 の 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ に つ い て,デ ィ フ ユ ー ザ 流 路 内 に 案 内 羽 根 を そ う入 す る か 否 か,ま た,そ う入 した 場 合, そ の そ う入 位 置,案 内 羽 根 の そ う入 枚 数 お よ び 長 さ な ど を 変 え た 実 験 的 研 究 を 行 い そ れ ら の 結 果 は,第1章,第2章,第3章 に お い て す で に 明 らか に して い る.
しか し,こ れ らの 実 験 的 研 究 に お い て,案 内 羽 根 を そ う入 した 場 合,そ の 前 縁 位 置 が デ ィ フ ユ ー ザ 入[]よ り下 流 の 一 定 の 線 上 に あ る場 合 に つ い て の み 行 っ た の で あ る が,曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ に 流 入 す る流 れ は,曲 が り始 あ の 入 口 部 近 くの 上 流 で す で に 曲 が り に よ る影 響 を 受 け る と考 え られ る こ とか ら,案 内 羽 根 前 縁 位 置 の 違 い が デ ィ フ ユ ー ザ 性 能 に 及 ぼ す 影 響 を 知 る こ と も興 味 あ る 問 題 で あ る と 思 わ れ る.
そ こで,本 章 に お い て は,二 次 元 曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ の 入 ロ 直 管 部 の 速 度 分 布 が 一 様 流 れ の も の に つ い て,流 路 内 に 案 内 羽 根 を そ う入 し,そ の そ う入 位 置 お よ び 案 内 羽 根 の 前 縁 位 置 を 変 え た もの に つ い て,曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 凹,凸 壁 面 の 圧 力 分 布 や デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 上 流 の 直 管 部,案 内 羽 根 の 前 縁 位 置,出 口 部 で の 速 度 お よ び 速 度 ベ ク トル の 分 布 を 測 定 す る こ と に よ り,こ れ らの 違 い が デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 に 及 ぼ す 影 響 を 明 らか に し,そ の性 能 向上 を 図 る こ とを 目的 と した実 験 的 研 究 を 行 って い る.
5.2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.
bn:デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 直 管 部 の 凸壁 面 側 か ら垂 直 に 測 っ た 案 内 羽 根 そ う入 位 置 ま で の 距 離
bn/Bf:案 内 羽 根 そ う入 位 置 の 無 次 元 値
h:デ ィ フ ユ ー ザ 下 壁 面 か ら上 壁 面 に 向 か っ て 測 った 任 意 の 点 ま で の 距 離
一86一
pn:平 均 静 圧
q:測 定 断 面 上 で の 合 速 度
U:測 定 断 面 上 で の 断 面 に 垂 直 方 向 の 速 度 成 分 U:同 上 平 均 流 速
e二 転 向 角=110.165°
添 字
1,2:デ ィ フ ユ ー ザ 入 口部 よ り上 流150mmの 直 管 部1‑1断 面 お よ び 出 口 部2ト2断 面 A,B:案 内 羽 根 の 前 縁 位 置A‑A断 面 お よ びB‑B断 面
5.3実 験 装 置 お よ び 方 法
吹 出 し形 風 洞 の 出 口 に ア ク リル 透 明 樹 脂 製 の 曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ を 取 付 け た 実 験 装 置 の 概 略 を 図5.1に 示 す.空 気 は 吸 込 み ダ ク ト① か ら吸 込 ま れ,送 風 機 ②,
円 筒 ダ ク ト③,整 流 格 子 ④,吹 出 し ノ ズ ル ⑤ を 経 て 断 面 が80×300mmの 入 ロ 直 管 部 ⑦ に 入 り,測 定 用 曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ ⑧ を 通 って 大 気 中 に 放 出 さ れ る.
本 実 験 に お い て 用 い た 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 形 状 は,図5.2に 示 す よ う に, No.20400の デ ィ フ ユ ー ザ,す な わ ち,ら 線 角 が β=20° の 対 数 ら線 形 状 で,デ
ィ フ ユ ー ザ の 中 心 線 に沿 う長 さ はL。=400mmで あ る.
図5.1実 験 装 置 の 概 略
一87一
な お,入 口 幅B,に 対 す る 出 口 幅BZは ほ ぼ2 倍 で あ り,デ ィ フ ユ ー ザ の 入 口 か ら 出 口 ま で デ ィ フ ユ ー ザ の 中 心 線 に 沿 っ て 流 体 が 曲 げ られ る角 度, す な わ ち,転 向 角 は0=
110.165° で あ る.
ま た,対 数 ら線 の 形 状 を もっ 曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ に お い て,ら 線 角 の 違 い に よ り そ の 形 状 は 異 な る が,著 者 は 予 め,ら 線 角 β=5°,10°,15° お よ び20° の4種 類 の 中 心 線 長 さ1}。が400mmの
図5.2測 定 用 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ
もの に っ い て,案 内 羽 根 を そ う入 しな い と きの 予 備 実 験 を 行 い,そ の 結 果,β=
20° の デ ィ フ ユ ー ザ が 最 も良 好 な 効 率 を 示 した の で,こ れ ま で の 研 究 に お い て も, す べ て こ の 形 状 を 採 用 す る こ と に して い る.
デ ィ フ ユ ー ザ 内 に そ う入 す る 案 内 羽 根 前 縁 の 位 置 は,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口部 に相 当 す るA‑A断 面 上 と した もの と,著 者 らが これ ま で の 研 究 で 行 っ た 案 内 羽 根 前 縁 位 置(図5.2の 破 線 で 示 す)と デ ィ フ ユ ー ザ 中 心 線 に お い て 一 致 す る 点cを 通 る 線,す な わ ち,A‑A断 面 よ り下 流 側 に15.4° 傾 け たii断 面 上 の も の と の 2種 類 と定 め,案 内 羽 根 長 さ は 前 縁 よ り デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 ま で のLongの 羽 根 と して い る.ま た,案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 は 図 中 に 実 線 で 示 した7箇 所 と し,表 5.1に 示 す よ う に,そ う入 位 置 お よ び 前 縁 位 置 を 変 え た 組 み 合 わ せ14種 類 と 案
内 羽 根 な しの も の に つ い て 実 験 を 行 って い る.
な お,こ れ ま で の 実 験 に 用 い た デ ィ フ ユ ー ザ の 入 口 直 管 部 お よ び 出 口部 に お け る ア ス ペ ク ト比 は,そ れ ぞ れ3.75お よ び1.875と 比 較 的 小 さ く,二 次 元 性 が 保 た れ て い るか を こ こ で 確 め て お く必 要 が あ る.そ こ で,予 備 実 験 と して デ ィ フ ユ
.・
一 ザ 出 口 の 縦 方 向 の 速 度 分 布 を3箇 所 で 測 定 し,そ の 結 果 を 図5.3に 示 して あ る.
これ よ り,上,下 壁 面 近 くの 境 界 層 部 分 を 除 い て,速 度 分 布 は ほ ぼ 一 様 で あ る こ とか ら二 次 元 性 が 保 た れ て い る と 判 断 した.
デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 の 平 均 流 速Tlは,入 口 部 上 流150mmの 位 置 に 設 け た ピ ト ー 管 ⑨ お よ び 熱 線 流 速 計 ⑪ と そ の 位 置 で の 直 管 ま わ り の 静 圧 測 定 孔 ⑩ で 求 め た入
口 基 準 平 均 静 圧P,に よ り求 め,全 て の 実 験 に 対 して10rn/s(Rθ 数 は 約9.4×
104)と 一 定 に 保 っ て い る.熱 線 流 速 計 ⑪ の そ う 入 位 置 は,図5.2に 示 す デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 よ り上 流150mmの1‑1断 面,案 内 羽 根 の 前 縁 位 置A‑A断 面
(デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 断 面)ま た はB‑B断 面 お よ び デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 の2〜2 断 面 で あ り,上 流 用x型 プ ロ ー ブ(KANOMAX製0249‑T5)を 用 い て 測 定 断 面
に垂 直 な 速 度 成 分 お よ び 速 度 ベ ク トル を 測 定 して い る.
ま た,曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 凹,凸 両 壁 面 に 沿 う圧 力 分 布 を 得 る た め の 測 定 点 は,直 管 部 を 含 め て そ れ ぞ れ56個 お よ び46個 で あ る が,流 路 高 さ の 中 央 部 と そ の 上,下 そ れ ぞ れ10mmの 位 置 に も圧 力 測 定 孔 を 設 け,す べ て3点 の 平 均 値 を そ の 位 置 で の 壁 面 静 圧pと して い る.
な お,圧 力 回 復 率 Cpaは,デ ィ フ ユ ー ザ 出 口部 に お け る 平 均 静 圧p2と 入 口 直 管 部 の 平 均 静 圧 戸1と の 差 を 入 口 基 準 動 圧(1/2)
× ρ万12で 割 って 求 あ る の が 一 般 的 で あ る が,本 実 験 に お い て は,
p2と 大 気 圧paと は ほ とん ど差 が な い こ と を 確 め て い る の で,Pz
の 代 り にpaを 用 い て い る.
ぽ
N 1.5 1.0 0̲5 0
b2/BZ 1.0 0.75 0.s O.25 0
Cancave
Lowerwall
wall
Upperwall Convexwall
1.Oh/H
図5.3デ ィ フ ユ ー ザ 出 ロ 部 の 高 さ方 向 速 度 成 分 表5.1案 内 羽 根 位 置 お よ び 前 縁 位 置 の 組 み 合 わ せ
Positionof guidevanebnfB1
00.1250.18750.25 0.31250.3750.500.75 Positionof
leadingedgeof
guidevane 塵
sectionA‑AsectionB‑‑B
一89一
5.4実 験 結 果 お よ び 考 察
5.4、1壁 面 圧 力 分 布,速 度 分 布 お よ び 速 度 ベ ク トル
図5.4は,デ ィ フ ユ ー ザ 流 路 内 に 案 内 羽 根 を そ う入 しな いbn/B,=0の 場 合 と,著 者 の 先 の 研 究 に お い て 比 較 的 高 い デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 を 得 た 凸 壁 面 側 に 近 い bn/BE=0.25の 位 置 に そ う入 した 場 合 の 案 内 羽 根 前 縁 の 位 置 を 変 え た と き の 凹,
凸 壁 面 の 圧 力 分 布 を 示 した もの で あ る.
壁 面 圧 力 分 布 に お い て は,い ず れ も,縦 軸 は 壁 面 圧 力 を 無 次 元 化 し た 値Cρ を, 横 軸 は デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 を 基 準 と して デ ィ フ ユ ー ザ 凹,凸 壁 面 に 沿 って 測 っ た 任 意 の 静 圧 孔 ま で の 距 離Z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 示 す.し た が って,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 よ り上 流 側 は 負 の 値 と
な る.ま た,圧 力 回 復 率Cpaお よ び デ ィ フ ユ ー ザ 効 率 η も併 せ て 図 に 示 して あ る.
案 内 羽 根 前 縁 の 位 置 は,図5.2に 示 したA‑AとB‑Bの 断 面 上 の2種 類 と し て い る.
ま た,図5.5,図5.6は,そ れ ぞ れ 案 内 羽 根 を そ う入 し な い と き の 速 度 お よ び 速 度 ベ ク トル の 分 布 を 示 した も の で,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 中 央 部 よ り上 流150mm の1‑1断 面,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 部 のA‑A断 面,そ れ よ り θ=15.4° 下 流 の
ii断 面 お よ び デ ィ フ ユ ー ザ 出 口2‑2断 面 に お い て 測 定 し た もの で あ る.
な お,図5.5の 横軸 は 凸 壁 面 側 か ら そ れ ぞ れ の 測 定 断 面 に 沿 って 測 っ た 距 離 を 測 定 断 面 の 幅 で 割 っ て 無 次 元 化 した 値 を 示 し,縦 軸 は 各 測 定 断 面 に 垂 直 な 速 度 成 分 を 各 断 面 の 平 均 流 速 で 割 って 無 次 元 化
した 値 を 示 して い る.
ま た,図5.6の 速 度 ベ ク トル
o.s
0
一 〇.5
iI
‑No .20404Conc̲,,,ave̲
LL
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̲一 ●4。4●6・81・oz/L̲
騨 一・21ilロ ー
一 bn/Bln《$}CPa一
騨 A‑AQ.2571.90.542
●B‑BO.2566.19.499 一
pO47.22.356
図5.4壁 面 圧 力 分 布
90‑一
は 各 測 定 点 に お け る 合 速 度qを 万1で 割 って 無 次 元 化 した 値 で 示 して い る.
図5.7(a>,(b),図5.8(a),(b)は,い ず れ も案 内 羽 根 をbn/B,‑0.25の 位 置 に そ う入 した と き の 速 度 お よ び
速 度 ベ ク トル の 分 布 を 示 した もの で,図(a)はA‑A断 面 に,図(b)
はB‑B断 面 に そ れ ぞ れ 案 内 羽 根 前 縁 位 置 が あ る場 合 で あ る.
図5.4の 壁 面 圧 力 分 布 に お い て, bn/B,=0の 場 合,凹 壁 面 側 に 沿 う圧 力 分 布 は,デ ィ フ ユ ー ザ 入 ロ 直 前 よ り1/L=0.2付 近 ま で 急 激 に上 昇 し,そ の 後 緩 や か な 上 昇 を 示 し,1/L=0.5,す な わ ち, デ ィ フ ユ ー ザ 流 路 の 中 央 部 で 最 大 値 を 示 した 後 緩 や か に 下 降 し,出
口 直 前 よ り比 較 的 大 き な 圧 力 低 下 を 示 して い る.凸 壁 面 側 に 沿 う圧 力 分 布 は,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 前 方 の1/L=‑0.1付 近 よ り圧 力 は 急 に下 降 し,1/L=0.15付 近 で 最 小 値 を 示 した 後 急 上 昇 す る が,1/L
=0 .4付 近 か ら 出 口 ま で は 極 め て 緩 や か な 上 昇 とな っ て い る.
圧 力 上 昇 が ほ とん ど見 られ な い の は,こ の 領 域 で は く離 が 生 じて い る た め で あ り,こ れ は,著 者 ら の 研 究 に お い て す で に タ フ ト法 に よ り確 認 して い る.
bn/B1=o
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0 1
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bB/BB
bA/BA
by/B1
00.250,500.751.0
図5.5速 度 分 布
図5.6速 度 ベ ク トル
91一