ベーンレススクロールの内部流動と側壁の三次元境界層に関する実験的研究を行 い， ノズル流れ場が二次流れと流入境界層の挙動によって支配されていることを明 らかにした. 流動現象は， 子午面速度ベクトル， 全圧損失分布， 渦度分布， 二次流 れの運動エネルギ， 境界層積分パラメータの等高線図， プロッケージファクタの分 布， 境界層内の流線図などを用いて説明した. 局所軸対称の境界層解析を行い特に スクロールの後半断面の二次流れ現象を計算できることを示した. また非直交曲線 座標系における積分型の境界層方程式を用いてスクロールノズルの三次元境界層解 析を行い， ノズルの周方向の非一様性形成過程がかなり説明できることを示した.
内部流動と境界層計測に関する結論
スクロール入口ダクトと入口領域では， 半径方向圧力勾配にもとづき 流入境界層が 横流方向に運ばれ二次流れが発生する. 境界層内の半径方向質量流束は， 主流の値 より大きくなる.
二次流れ現象は スクロ}ルの入口領域で活発であるが， 低エネルギ流体がノズ ルから排除されてしまうと 二次流れは流路方向に減少することが， 二次流れの運 動エネルギの断面平均値から明らかになった.
舌部ウェークの拡散は急速で， 従来考えられていたようにノズル部の周方向のー 才羨'性をはなはだしく損なうことはない.
入口からスクロール流路の三分のーまでの問に流入境界層はそのほとんどがノズ ルに運び去られる. これは境界層の流線図， 境界層積分パラメ}タの等高線図， ノ ズル部の全圧損失の等高線図によって明らかにされた.
その結果ノズル出口の流れ場は周方向に非一様となる. 全圧損失， 周方向速度，
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流出角の周方向分布はスクロール流路の境界層の挙動によって強く影響された.
境界層の周方向の排除厚さによるブロッケージはもともと小さく流路方向に減少 する.
境界層計算に関する結論
局所軸対称の境界層解析を行い， ノズ、ルの速度分布を計算できることを示した.
流路中央部の逆流発生の有無を予測することによって， 与えられたスクロールの損 失が， 妥当な範囲にあるかどうかを予見することができる.
非直交座標系を用いた三次元境界層計算法は格子生成が容易で スクロールのよ うに複雑な三次元物体の境界層を計算するのに適している.
スクロール境 界層のねじれは非常に大きく， 従来の経験式を用いれば境界層の限 界流線の流れ角を過大に評価してしまう. 境界層の測定によれば境界層のねじれが 進行しでも限界流線の流れ角は飽和するために実験式に基づいた修正を要した.
解を安定に得るためには固定片側差分， 局所時間刻み， 解の平滑化が必要であっ た.
この境界層計算法は前部側壁の流入境界層がノズル部へ輸送される過程をよく表 わすことができ， ノズルの流れ場の周方向の非一様性を予測することができる. 後 壁側の境界層については内壁の円筒面上の輸送過程に関して改良を要する.
流路幅比が小さく流出角の小さい平行側壁スクロールにおいては主流においても 非可逆現象が発生するために境界層厚さの予測は困難であった.
円形断面のスクロールノズルにおける計算例でも流入境界層の急速な輸送とノズ ルの周方向の非一様性を予測することができた.
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境界層厚さの空間分布から等価吹き出しを計算するとスクロール入口領域で吸い 込み作用を示すことが分かった.
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謝辞
本研究を進めるにあたり， 終始， ご懇切なるご指導とご鞭撞をいただいた 井上 雅弘教授に謝意、を表します. また終始有益なる討論とご教示をいただ いた古川 雅人助教授に謝意を表します. 両博士の鋭い討論がなければ， こ の研究は到底完成し得なかったことは明らかであります.
本論文をまとめるにあたり， 多忙な公務にもかかわらず有益なご助言をい ただいた， 深野 徹教授， 城戸 裕之教授， 古川 明徳教授に感謝申し上げ ます.
本論文の作成にご協力いただきました卒論生諸氏， ならびに流体力学研究 室の皆様に深く謝意、を表します.
1 995年3月1 5日 原 和雄
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