第6章 曲が りデ ィフユーザ入 口の速度分布が一様な流れの
そ こで,曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ 内 の 入 口 速 度 分 布 が 一 様 な 流 れ の 場 合 に つ い て, 二 次 元 非 圧 縮 性 で あ る と仮 定 して,ナ ビエ ・ス トー クス の 運 動 方 程 式 お よ び 連 続 の 式 を 連 立 さ せ,有 限 要 素 法 お よ び 風 上 差 分 法 の 両 方 の 解 析 手 法 を 用 い て,流 れ 関 数,う ず 度 を 求 あ る こ と に よ って,曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ 内 の 流 れ を 明 らか に し, そ の 特 性 を 知 る た あ の 一 助 と して い る.
ま た,風 洞 実 験 で 用 い た もの と 同 じ形 状 の 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の モ デ ル に つ い て,デ ィ フ ユ ー ザ 内 の 流 れ を 色 素 流 脈 法 に よ る 可 視 化 を 行 い,デ ィ フ ユ ー ザ 内 の 案 内 羽 根 の そ う入 位 置 の 変 化 が 曲 が りデ ィ フ ユ ー ザ の フ ロ ー パ タ ー ン に 及 ぼ す 影 響 を 可 視 化 と数 値 解 析 の 両 者 か ら明 らか に して い る.
さ ら に,前 章 ま で の 風 洞 実 験 に お い て は,対 数 ら線 形 状 の ら線 角 がa=2a° の 一 定 と し た も の に つ い て ,デ ィフ ユーザ特 性 に及 ぼす 影 響 を 明 らか に して きたが,
こ の 章 で は,ら 線 角 の 異 な っ た 種 々 の 形 状 の 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 入 口 速 度 分 布 が 一 様 な 流 れ の もの に っ い て,対 数 ら線 角 の 違 い や 案 内 羽 根 の そ う 入 の 有 無 が デ
ィ フ ユ ー ザ 内 の 流 れ に 及 ぼ す 影 響 を 知 る こ と も今 後 の 研 究 課 題 で あ る 最 適 化 設 計 に大 い に 役 立 つ と考 え られ る こ とか ら,対 数 ら線 形 状 の 最 適 ら線 角 を 見 出 だ して い る.
な お,可 視 化 に よ り得 られ た 流 脈 は 自 由表 面 の 流 れ で あ り,風 洞 実 験 の 結 果 と は,そ の ま ま 比 較 す る こ と は で きな い が,案 内 羽 根 そ う入 の 有 無,そ う入 した 場 合 の そ う入 位 置 お よ び 対 数 ら線 角 の 変 化 に よ る うず の 発 生,は く離 の 状 態 な ど を 相 対 的 な 比 較 に よ り あ る 程 度 理 解 す る こ とが で き る 。
ま た,一 様 流 れ に お い て は,流 線 と流 脈 が 一 致 す る こ と か ら,数 値 解 析 よ り得 られ た 流 線 と,可 視 化 実 験 に よ る流 脈 を 比 較 して い る.
6.2可 視化実験装置および方法
可 視 化 の 実 験 に は 図6.1に 示 す 回 流 水 槽(1100mm×1100mm×200mm)を 用 い,そ の 水 槽 内 に 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ を 取 り付 け て い る.
供 試 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 形 状 は,側 面 が 対 数 ら線 状 の 凹,凸 壁 面 と 底 部 が 平 板 とか ら成 る 開 水 路 で,そ の ら線 角 は β=15°,20°,25°,30° の4種 類 で あ
る.
一99一
デ ィ フ ユ ー ザ 内 に そ う入 さ れ る 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,後 縁 は デ ィ フ ユ ー ザ 出 口 と一 致 さ せ て い る.
図6.2(a)に は,β=20° の 測 定 用 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 凹,凸 両 壁 面 と4 種 類 の 案 内 羽 根 の そ う入 位 置 を 実 線 で 示 し,表6.1に は,そ の デ ィ フ ユ ー ザ の 各 部 の 寸 法 を 示 す.
表6.2(a)は,β=20° の 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ の 案 内 羽 根 の そ う 入 位 置 を 示 し た もの で,デ ィ フ ユ ー ザ 凸 壁 面 か ら測 って そ れ ぞ れ の案 内 羽 根 そ う 入 位 置 ま で の 距 離 わを 入 口 幅B1で 割 っ て 無 次 元 化 し た値b/B,を 示 して い る.
ま た,図6.2(b)に は,対 数 ら線 形 状 の ら線 角 β=15°,20°,25°,30° の4 種 類 の 測 定 用 曲 が り デ ィ フ ユ ー ザ を 示 し,デ ィ フ ユ ー ザ 内 に そ う入 す る案 内 羽 根 の 長 さ は,デ ィ フ ユ ー ザ 入 口 部 か ら 出 口部 ま で と し,そ う入 位 置 は,表6.2(b)に 示 して あ る.
可 視 化 実 験 お よ び 数 値 計 算 は,と も に,案 内 羽 根 の そ う 入 位 置b/B,,対 数 ら 線 形 状 の ら線 角 βの 違 い な ど を 組 み 合 わ せ た もの に つ い て 行 い,表6.2(b)に は b/B1と β の 組 み 合 わ せ を 示 して あ る.な お,ら 線 角 の 違 い に 関 係 な く 出 口 幅.B2
と入 口 幅B,の 比Bz/B,を2.0と して い る.
図6.1可 視 化 の 実 験 装 置 概 略
一100一
流 速 お よ び 流 量 は,電 磁 流 量 計 か ら マ イ ク ロ コ
ン ピ ュ ー タ に よ り求 め る もの と,入 口 助 走 区 間 で の 色 素 に よ る 流 跡 の 移 動 距 離 を 時 計 で 測 定 した も の の 両 方 か ら求 め,そ れ
らの 値 を 基 準 と して,レ イ ノ ル ズ 数Reを 算 出 し, Re・=300,500,1000の3 種 類 と して い る.
表6.2(a)
表6.1各 部 寸 法
Diffuser
Notation}No.zo400
ム0 400.00
Bz 160.40
βヱ 79.58
ro 178.19
r75 156.46
r50 135.00
r25 113.94
「ヱ8.75 108.76
r2 93.50
unit二 ㎜
「冒50 r.75 ra
貯
8=20°
、
r .25 x .1875 ri
、
一 二
表6.2(b)
図6.2(a)
Logarithmics spiralangle
Positionof guidevaneb/BI
15°20°
25°30°
00.25 0.50.75
40
測 定 用 デ ィ フ ユ ー ザ Ca=20°
15°
β=15°
20°
25°
Logarithmic
spiralangleS 30°
〃
」/%
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