変 形 お さ補 助 ノ ズ ル 方 式 エ ア ジ ェ ッ トル ー ム に お け る流 れ 特 性
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(2) 56. 繊 維 機 械 学 会 誌. Ｍf:マ. 1.緒. 言. ッハ 数. P:加. 速 管 の壁面 静圧. PT:空. 気 タ ン ク圧. Pox:加. 速 管 内の局 所全 圧. 特 性 を 明 らか に す る こ と は,織 機 性 能 を 高 め る 上 で. Pt:噴. 流 の全圧. 重 要 で あ る.こ. エ ア ジ ェ ッ トル ー ム(以 下AJL)の は,よ. メ イ ンノ ズ ル. こ糸 を 飛 走 さ せ る 機 能 を 持 つ た め,そ. の流動. れ ま で の メ イ ン ノ ズ ル の研 究1,2)は,. Vo:噴. 流 の ノ ズル出 口の流速. ノ ズ ル か らの 吐 出 噴 流 を取 り扱 った もの が 多 く,し. Vx:噴. 流 のX方. か も,亜 音 速 領 域 に お け る実 験3)が 多 い.. V'rms:噴. 流 の乱 れ強 さ. 一般 に ,ノ. ズ ル 噴 流 の 流 動 特 性 は,そ. の上 流 側 の. ノ ズ ル 内 部 流 れ に よ って も特 徴 づ け られ,さ. らに 内. X,y:加. 速 管 出 口 か らのX,y座. Xc:ポ. テ ン シ ャル コ ア の長 さ. 圧 変 動領域 の長 さ. 部 流 れ は,ノ. ズ ル の 内 部 構 造 の 影 響 を強 く受 け る.. XD:全. そ の た め,ノ. ズ ル の 噴 流 を 内 部 流 れ と関 連 づ け て研. XL:シ. 濃淡縞 の発生 長 さ. 高. 3.実. 速 化 に 対 応 し,超 音 速 領 域 に お け る 噴 流 挙 動 を 研 究 す る こ と も必 要 と考 え られ る.本. 研究 で は この よ う. 験 装 置 と測定 方法. 図1(a)に,本. な背景 か らメイ ンノ ズルの空 気流 動特 性 を基礎 的 に. 実 験 で 用 い た 加 速 管 長L=110mm. の メ イ ンノ ズ ル を 示 す が,そ. 研 究 す る.. の 構 造 と寸 法 は,前. と 同 一 で あ る.本 報 で は こ の 他 に,加. 第1報4)で. は,AJLの. に検 討 し た.そ M=1に. 標軸. ュ リー レ ン写 真 に お け る ノ ズ ル 出 口 白黒. 究 す る こ と は,噴 流 の流 動 特 性 の 向 上 や ノ ズ ル の最 適 設 計 に お い て 重 要 で あ る.ま た,最 近 のAJLの. 向 の流 速. ノズ ル内部 の流 れ を基礎 的. の 結 果,ノ. ズ ル 内 部 に は,マ. 達 す る ス ロ ー ト部 が1な. mm,70mm,170mmの. ッハ 数. らに,内. に よ り,ス. ロ ー ト部 の 発 生 数 や そ れ に伴 う衝 撃 波 の. 速 管 長L=50. もの も用 い た.い. ずれ の加. 速 管 も,壁 面 静 圧 測 定 用 の 静 圧 孔 が 設 け て あ り,特. い し2か 所 存 在 す. る こ と,さ. 報. に,そ. 部 流 れ は加 速 管 長 さ と タ ン ク圧. の先 端 部10mmは,図1(b)に. 示 す よ うに ピッ. チ を 細 か く して あ る. ノ ズ ル 噴 流 の 各 種 測 定 も前 報 と同 様 に行 っ た .す. 状 態 に 依 存 して 特 徴 づ け ら れ る こ と を 明 らか に し. な わ ち,図1(c)の. よ う に加 速 管 先 端 に 原 点 を もつ 座. た.. 標 軸 を 設 定 し,ピ. トー 管 を 用 い て 流 速 を 測 定 す る と. 第2報5)で 討 した.そ. は,ノ. ズ ル か らの 吐 出 噴 流 に つ い て 検. の 結 果,加. じ る場 合,壁. と もに,シ. 速 管 先 端 部 に ス ロ ー ト部 を 生. よ る解 析 や 動 歪 計 を 用 い て 噴 流 の よ こ糸 牽 引 力 の 測. 面境 界 層 が加速 管先 端部 にお いて一種. の ラバ ー ル 管 作 用 を 果 た す ため,噴. 流 の吐 出速 度が. 音 速 を越 え る こ と を 見 い 出 した.同. 時 に,超 音 速 で. 定 も行 っ た.さ. 4.実. 本 報 は,前 報 に 引 き 続 き,超. 実 験 で は熱 線 風 速 計 を 用 い. 験 結果. 後 圧 縮 波 ・膨 4.1ノ. 張 波 を 繰 返 し発 生 す る こ と も明 らか に し た.. 速 度 に お い て,ノ. らに,本. て 噴 流 の 乱 れ 強 さ に つ い て も測 定 し た.. 吐 出 した 流 れ は不 安 定 と な って 膨 張 波 を 発 生 し,そ れ が 噴 流 の 自由 境 界 面 で 反 射 され,以. ュ リー レ ン装 置 を 用 い て 噴 流 の可 視 化 に. A壁. 音速 域 を含 めた吐 出. ズ ル の 加 速 管 長 が,ノ. ズルの内部. ズ ル管 内流. 面静圧. 図2(a)〜(d)は,そ. れ ぞ れL=50,70,110,170mm. 流 れ や 先 端 ス ロ ー ト部 の 発 生 状 態 さ ら に は ノ ズ ル か. ノ ズ ル の 加 速 管 内 の 壁 面 静 圧 分 布 につ いて,特. らの 吐 出噴 流 の 不 安 定 現 象 に ど の よ う な影 響 を 及 ぼ. ノ ズ ル 吐 出 噴 流 に 影 響 す る 先 端 部10mmの. す か を 検 討 した の で 報 告 す る.. 詳 細 に して 示 す.. 2.記. 加 速 管 先 端 部(‑10≦X≦0mm)の. 号. 管 長L≧70mmの. 本報 で用 い る記 号 を ま とめて示 す.. に,. 分布 を. 壁 面 静 圧 は,. ノ ズ ル で は,図2(b)〜(d)よ. り,い. ず れ も,流 れ が 加 速 管 出 口 へ 進 む に 従 い逐 次 減 少 す. b:噴. 流径. る分 布 形 状 を と り,比 較 的 よ く似 た 挙 動 を 示 す .特. D:加. 速 管 内径. に,図2(b)に. F:噴. 流 に よ る よ こ糸 牽 引 力. ク圧PT≧5.0kgf/cm2の. L:加. 速 管長. う に,上 流 の 加 速 管 入 口側(X=‑55mm)で. T10. 示 す 管 長L=70mmノ. ズ ル で は,タ. 場 合,第1報. ン. で 報 告 した よ 衝撃 波.
(3) 57. (論 文 集)Vol.48,No.1(1995). Fig. 1(a) Configuration nozzle. Fig. 1(b) Hole. and (acceleration. dimensions tube length. of main =110mm). arrangement for measurement of pressure at acceleration tube tip. static. Fig. 2(a) Distance Fig. 1(c). System. X to nozzle aperture versus static pressure P on wall surface, at dif ferent tank pressures PT (acceleration tube length =50mm). of coordinates. が 発 生 し,壁 面 静 圧 が 急 激 に 上 昇 す る が,加 端 部(‑10≦X≦0mm)に 110,170mmノ て,加. ズ ル と よ く似 た 形 状 と な る.従. 速 管 長L≧70mmノ. 口 直 前(X=‑1mm)の く,特 に,タ. 速管 先 に,L=50mmで. 至 る と,そ の 分 布 は,L=. ズ ル で は,い. っ. 静 圧 が,ニ. ず れ も,出. 状 を と る た め で あ る.こ. な る と,不 足. mm)に. お い て 急 激 に 上 昇 す る こ とが 明 らか に な っ. た.こ の こ と よ り,L=50mmノ. ン ク圧PT≦4.0kgf/cm2の. 場 合,L≧. 位 置 は,先. ズ ル と同様 に加 速 管 出 口 に進 む に従 い逐. に 述 べ たL=70mmノ. 入 口 側 で あ っ た が,加. 場 合,異 な る分 布. 動 す る こ と が 分 か る.ま. 形 状 と な る.こ. で も報 告 した よ う. 合 は,タ. T11. ズ ル で は,加 速 管. 速 管 が 短 くな る と 出 口 側 に 移. 次 減 少 す るが,PT≧5.0kgf/cm2の の原 因 は,第1報. ズ ル で は,加 速 管 出. 口 直 前 で 衝 撃 波 の 発 生 が 確 認 で き る.衝 撃 波 の 発 生. 図2(a)よ り,加 速 管 先 端 部(‑10≦X≦0mm)の. 70mmノ. 実 験 に よ る詳 細 な. ま で 均 等 に 行 わ れ る の で な く,先 端 部(‑10≦X≦0 ズ ル に つ い て の壁. 面 静 圧 の 特 徴 に つ い て 述 べ る.. 壁 面 静 圧 は,タ. こ で,本. 測 定 か ら,静 圧 値 の 上 昇 は,加 速 管 入 口側 か ら 出 口. 膨 張 の 程 度 が 大 き くな る. 次 に,管 長 の 短 いL=50mmノ. な る と壁 面. し,そ の 後 出 口 側 に 進 む に つ れ 逐 次 上 昇 す る分 布 形. 壁 面 静 圧 は,大 気 圧 よ り高. ン ク圧PT≧5.0kgf/cm2に. は,PT≧5.0kgf/cm2に. ー ドル を 経 た 加 速 管 入 口側 で 急 激 に 低 下. た,加. 速 管長 さが同一 の場. ン ク圧 力 が 高 い ほ ど,出. 口側 へ 移 動 す る..
(4) 繊 維 機 械 学 会 誌. 58. Fig. 2(d) Distance. X to nozzle aperture versus static pressure P on wall surface, at dif ferent tank pressures PT (acceleration tube length =170mm). Fig.. 2(b). Distance X to nozzle aperture versus static pressure P on wall surface, at dif ferent tank pressures PT (acceleration tube length =70mm). B局. Fig.. Distance X to nozzle aperture versus static pressure P on wall surface, at dif ferent tank pressures PT (acceleration tube length =110mm). Fig. 2(c). X to nozzle. pressure. tank. pressures. gths. L =50,. 次 減 少 す る が,そ. 壁 面 静 圧 値 か ら前 報 に示 す 方 法5). 図 よ り,局 所 全 圧 は,タ. PT and. acceleration. tube. 110,. len. 170mm. 中 央 付 近 ま で は,逐. れ か ら出 口 に 至 る領 域 で は,逆. に. の こ とか. ず れ の ノ ズ ル に お いて も,前. 報 で 報 告 した よ うに 発 達 した 壁 面 境 界 層 が ラ バ ー ル. 管 入 口 側 か ら 出 口側 へ 進 む に 従 って 逐 次 減 少 し,断. 上 の場 合,全. local. at different -. 70,. ら,こ の 領 域 で は,い. ず れ の 加 速 管 長 ノ ズ ル に お い て も,加 速. タ ン ク 圧PT=4.0kgf/cm2以. versus. surface,. 上 昇 し フ ァ ノ 流 れ の 特 徴 を 示 さ な い.こ. ン ク圧PT≦3.5kgf/cm2. 面 積 一 定 の フ ァ ノ流 れ の 特 徴 を 示 す.こ. aperturs. P on wall. 管 先 端 部(‑10≦X≦0mm)の. で 求 め た 局 所 全 圧 の 分 布 を 各 ノ ズ ル に つ い て 示 す.. の 場 合,い. Distance total. 所 全圧. 図3は,図2の. 3. 管 の 作 用 を 果 た して い る も の と考 え られ る. 加 速 管 の 長 さ に よ る 全 圧 分 布 の 特 徴 は,タ. れ に 対 し,. PT≦4.0kgf/cm2の. 圧 は加 速. T12. 場 合,い. ン ク圧. ず れ の 長 さの加 速 管 も.
(5) 59. (論 文 集)Vol.48,No.1(1995). よ く似 た 分 布 形 状 を 示 し,タ 位 置Xが. ン ク圧 と管 出 口 か らの. 等 しけ れ ば比 較 的 よ く似 た 全 圧 値 を と る.. こ れ に対 し,タ. ン ク圧PT≧5.0kgf/cm2の. 分 布 形 状 は,L=70mmを. 異 な る.す な わ ち,L≧110mmノ kgf/cm2の. 場合の. 境 に して 加 速 管 長 に よ り ズ ル で は,PT≦4.0. 場 合 と よ く似 た分 布 形 状 を 示 す が,L≦. 70mmノ. ズ ル で は,加 速 管 入 口 側 の 全 圧 が 非 常 に 高. く,出. 口側 に進 む に 従 って 大 き く低 下 し,超 音 速 流. れ 特 有 の 変 化 を 示 す.特. に,L=70mmノ. 加 速 管 入 口 側,L=50mmノ (‑10≦X≦0mm)に て い る が,こ. ズルで は. ズ ル で は 加 速 管 出 口側 お い て,全. 圧 は急 激 に低 下 し. の 位 置 は 衝 撃 波 の 発 生 位 置 と対 応 す. る.衝 撃 波 が 通 過 し た後 の 全 圧 は,L≧110mmノ ル と よ く似 た 分 布 形 状 を と る.な ズ ル で は,PT=5.0kgf/cm2の. ズ. お,L=70mmノ. 場 合,前. 項 の 図2(b)に. 示 す 壁 面 静 圧 の急 上 昇 か ら,加 速 管 入 口 側 に 擬 似 衝 撃 波 の 発 生 を 確 認 で き る が,図3に (‑55≦X≦0mm)の. 全 圧 に は,こ. 激 な変 化 が み られ な い.こ. の こ とか ら,擬 似 衝 撃 波. の 発 生 位 置 は,X=‑55mmよ 70≦X≦‑55mm)に C.マ. り さ らに 上 流 側(‑. あ る もの とい え る.. ッハ数分 布. 図4(a)〜(d)は,図2の 第1報. 示す加速管内 れ と対 応 す る急. Fig. 4(a) Distance. X to nozzle aperture versus Mach number, at different tank pressures PT (acceleration tube length L =50mm). 各 ノ ズ ル の壁 面 静 圧 値 か ら,. に 示 す 方 法 で 各 ノ ズ ル の マ ッハ 数 分 布 を 求 め. た も の で あ る.図 で は,加 速 管 先 端 部(‑10≦X≦0 mm)の. 分 布 を 詳 細 に示 して い る.. 先 端 部(‑10≦X≦0mm)の. マ ッハ 数 は,図4(a). の 加 速 管 長L=50mmを 70mmノ. ズ ル で は,い. PTが4.0kgf/cm2以. ョー ク流 れ が 発 生 す る が,そ. は,先. チ. 4.2ノ A.軸. に 述 べ た 加 速 管 先 端 部 に お け る壁 面 境 界 層 の れ の発 生 位 置 は ,い. お,M. 図5は,各. 図 よ り,タ. 速管. (‑10≦X≦0mm)に. 示 すL=50mmノ. ン ク圧PT≦4.0kgf/cm2で. は,い. ずれ. 短 い ノ ズ ル の 方 が わ ず か に速 い.. お け る マ ッハ 数 分 布 の 特 徴 を. こ れ に対 し,タ ン ク 圧PTが4.0kgf/cm2を. は,L≧70mm. ノ ズ ル と同 様 な 分 布 形 状 を 示 す が,管. 状 とな る.す. 噴. の 関 係 を 示 す.. す る.同 一 タ ン ク圧 に お け る 軸 流 速 は,加 速 管 長 の. ズルの先端部. ン ク圧PT≦4.0kgf/cm2で. 生 す る タ ン ク 圧PT≧5.0kgf/cm2で. 加 速 管 に お け る空 気 タ ン ク圧PTと. の 加 速 管 長 で も,軸 流 速 は タ ン ク圧 に比 例 して 増 加. 長 に よ る傾 向 は み られ な い.. 述 べ る.タ. 流速. 流 の 軸 流 速Vxと. ず れの加 速管 で もタ ンク. 圧 が 高 く な る ほ ど,管 上 流 側 に 移 動 す るが,加. 次 に,図4(a)に. ズ ル噴 流. の原 因. ラバ ー ル 管 作 用 に よ る も の と考 え られ る.な =1流. 下 の亜音. ズ ル で は,M=1. 以 上 に 維 持 さ れ た ま ま とな る.. の位 置 は 管 出 口 に固 定. さ れ る の で な く,そ れ よ り上 流 側 に な る.こ. 示 す よ う に,M=1以. 速 域 ま で 低 下 す る が,L=50mmノ. ン ク圧. 内 にM=1の. の後 加 速 管 出 口 に 向 か. ノ ズ ル で は,図4(b)に. ず れ も,管 出 口 に進 む に従 い. 上 に な る と,管. 衝撃 波 の発生位. 置 で は急 激 に 低 下 す る が,そ. っ て 再 び 加 速 す る.衝 撃 波 通 過 の 流 れ は,L=70mm. 除 い て,図4(b)〜(d)のL≧. 徐 々 に 増 加 し比 較 的 よ く似 た 挙 動 を 示 す.タ. 加 速 管 先 端 部(‑10≦X≦0mm)の. 越える. 内衝 撃 波 が発. と,軸 流 速 の変 化 は,管. 長L=50mmを. は 異 な る分 布 形. ン ク 圧 に比 例 し な い.す. な わ ち,L≧70mmノ. な わ ち,管 入 口側 のM=1以. で は,い. 上 の超 音. 速 流 れ は,下 流 に 進 む に 従 って 大 き く減 速 し,特. 除 い て,タ. ず れ も,軸 流 速 は タ ン ク圧 の 上 昇 と と も に. 急 激 に低 下 し,そ の 後 一 定 値 を 示 した 後,さ. に. T13. ズル. らに タ.
(6) 繊 維 機械 学 会誌. 60. Fig. 4(d) Distance X to nozzle aperture versus Mach number, at different tank pressures PT (acceleration tube length L =170mm). Fig. 4(b) Distance. X to nozzle aperture versus Mach number, at different tank pressures PT (acceleration tube length L =70mm). Fig. 5. 一方. Tank pressure PT versus flow velocty Vx, at different acceleration tube lengths L and distances to nozzle X=30, 50, 100mm ,加 速 管 の 短 いL=50mmノ. は,PT=4.2kgf/cm2付 後,L≧70mmノ. ズ ル で は,流 速. 近 で 若 干 の 低 下 す る が,そ の ズ ル の よ う な タ ン ク圧 の 上 昇 に よ. る急 激 な 流 速 低 下 現 象 は み ら れ な い.こ い て は,4.2D項 B.噴. Fig. 4(c) Distance. X to nozzle aperture versus Mach number, at different tank pressures PT (acceleration tube length L =110mm). の原 因 につ. で 考 察 す る.. 流径. 図6は,加. 速 管 長L=50,70,110,170mmノ. ズ. ル に つ い て 空 気 タ ンク 圧 と 無 次 元 化 した 噴 流 径 と の. ンク圧 が上 昇す ると噴流径 は再 び小 さ くな る.こ の. 関 係 を 示 す.. 原 因 は,前 報 で報 告 した よ うに,加 速 管先 端部 で不. 図 よ り,い ず れ の 加 速 管 長 ノ ズ ル も,空 気 タ ン ク. 足膨 張 にあ る流 れが,境 界層 の ラバ ール管 作用 の た. 圧PT≦4.0kgf/cm2は,噴. め,ノ ズルか ら超 音速 で吐 出 し,そ の出 口で膨 張波. ン ク圧 の 上 昇 に か か わ らず 一 定 と な る.こ. を発 生 す るためで あ る.. し,タ. T14. 流径 は無 次元 化 す る と タ. ン ク圧PTが4.0kgf/cm2を. れ に対. 越 え る と,噴 流 径.
(7) 61. (論 文 集)Vol.48,No.1(1995). Fig. 7(b) Distribution. of root mean square values of flow velocities in Y-direction, at differ ent tank pressures PT (acceleration tube length =50mm, distances X to nozzle= 70, 100mm). Fig.. 6. Tank pressure flow diameter. PT versus non-dimensional b/D, at different acceleration. tube lengths L and distances 30, 50, 100mm. to nozzle X=. は 加 速 管 長 に よ っ て 異 な り,L≧70mmノ は,タ. す る と再 び 減 少 す る.一 方,加 mmノ な い.以. ズル で. ン ク圧 上 昇 に 伴 い 急 激 に増 大 し,さ. ズ ル で は,タ. ら に上 昇. 速 管 長 の 短 いL=50. ン ク圧 に よ る噴 流 径 の 変 化 は少. 上 の タ ン ク圧 に よ る噴 流 径 の 変 化 は,前 項. Fig. 8(a) Distribution. of root mean square values of flow velocities in Y-direction, at differ ent tank pressures PT (acceleration tube legth =110mm, distance X to nozzle=50 mm). に述 べ た 軸 流 速 の 変 化 と よ く対 応 す る. C.乱. れ 強 さ分 布. 図7(a)(b)と 図8(a)(b)は,そ. れ ぞ れ,噴 流 分 布 形 状 が. 異 な る 加 速 管 長L=50mmと110mmの い て,距 離X=50,70,100mmに 強 さ(V'rms:噴. ノズル につ お ける噴流 の乱 れ. 流 速 度 自乗 平 均 の 平 方 根)の 分 布 を. Fig. 8(b) Distribution. of root mean square values of flow velocities in Y—direction, at differ ent tank pressures PT (acceleration tube length =110mm, distance X to nozzele= 70, 100mm). Fig. 7(a) Distribution. of root mean square values of flow velocities in Y-direction, at differ ent tank pressures PT (acceleration tube length = 50mm, distance X to nozzle =50 mm). T15.
(8) 62. 繊 維 機 械 学 会 誌. 各 タ ン ク圧 の 噴 流 吐 出 速 度Voで. 無 次 元 化 して示. す. 図7(a)(b)よ り,L=50mmノ. ズ ル で は,噴 流 に 乱 れ. が 生 じて い る領 域 の 大 き さ は ノ ズ ル か ら の 距 離X が 同 一 の 場 合,タ. ン ク圧 に か か わ らず 等 しい.ノ. ル か ら の 距 離Xに. よ る 分 布 の 特 徴 は,距 離X=50. mmで. は,図7(a)よ. り,噴. ズ. 流 の 中 心 よ り周 辺 部 の 乱. れ が 大 き い 凹 型 の 形 状 を 示 し,そ の 程 度 は タ ン ク圧 が 高 い ほ ど大 き い.分 の 位 置 は,タ. 布 の ピ ー ク 値 を示 す 半 径 方 向. ン ク圧 が 変 化 して も大 き く変 わ らず,. 特 に ピ ー ク値 よ り外 側 の分 布 は相 似 に な る.以 上 よ り,L=50mmノ. ズ ル で は,噴. が タ ン ク 圧 の 影 響 を 受 け,タ ど,強. 流 中央部 の乱 れ分 布 ン ク 圧 が 高 くな る ほ. い 凹 型 分 布 を 示 す こ と か ら,噴 流 の 周 辺 静 止. 空 気 との 運 動 量 の 交 換 が,そ. の中心 部 まで十分 到 達. して い な い も の と考 え ら れ る.乱. れ 分 布 は,図7(b). に 示 す よ うに ノ ズ ル か ら遠 ざ か る に つ れ ピ ー ク値 が 減 少 して 中心 値 が 上 昇 し,そ. の 形 状 は 凹 型 か ら台 形. に近 づ く.ノ ズ ル か ら の 距 離X=100mmに. な る と,. ピー ク値 と 中 心 値 の 差 が 小 さ くな り,運 動 量 の 交 換 が 噴 流 中 央 部 ま で 一 様 に 行 わ れ,さ は,乱. らに下 流 域 で. れ の 分 布 形 状 全 体 が タ ン ク圧 に か か わ らず 相. 似 とな る. 一方 ,L=110mmノ. ズ ル の 乱 れ 分 布 は,図8(a)(b). よ り,PT≦4.Okgf/cm2の. 場 合,噴 流 に乱 れ が 生 じて. い る 領 域 の 大 き さ は,距. 離Xが. 50mmノ. ズ ル と 同 様,タ. 同 じで あ れ ば,L=. い.こ れ に 対 し,PT>4.Okgf/cm2の が 全 体 に大 き く,特. Fig.. 9. ン ク圧 に か か わ らず 等 し 場 合,乱. X to nozzle. pressure,. at different. gths. れ領 域. に タ ン ク圧 ご とで 異 な る.こ. Distance. の. versus. changes. tube. は 加 速 管 が 短 い ほ ど わ ず か に 高 い が,い ル も;全 圧 は 出 口 か らX=20mm程. 応 す る.ノ. ズ ル か ら の 距 離 に よ る分 布 の特 徴 は,X. と な る.. =50mmで. は ,PT≦4.Okgf/cm2の. あ る が,噴. 流 径 が 大 き く な る タ ン ク圧 条 件PT>4.O. の 加 速 管 長 で も,全 圧 は変 動 し始 め,変. kgf/cm2の. 場 合,ピ. ク圧 が 高 く な る ほ ど 大 き い.変. 場 合,凹 型 分 布 で. タ ン ク圧PTが4.5kgf/cm2以. ー ク値 と 中 心 値 の 差 が 小 さ くな. り台 形 に 近 い形 状 と な り,運 動 量 の 交 換 が. そ の 中心 部 ま で 一 様 に行 わ れ る.図8(b)よ 100mmの. 距 離 に な る と,い. ち,加. ず れ の タ ン ク圧 に お い. て も,乱 れ 強 さ の 分 布 形 状 は,さ が,L=50mmノ. L=50mmを. り,X=. ずれ の ノ ズ. 度 ま で ほ ぼ 一定. 上 に な る と,い ず れ 動幅 は タ ン. 動 の 状 態 は加 速 管 長. 除 い て 比 較 的 よ く似 て い る.す. 速 管 長L≧70mmで. か か わ らず,全. らに 台 形 に 近 づ く. 対 し,L=50mmの. 似 に な らな い.. 70mmノ. 圧 値 や そ の 変 動 幅,周. 期 は,特. ノ ズ ル で は,変. 動 の 幅 は い ず れ の タ ン ク圧 で も大 き い.特 50mmノ. 図 よ り,タ. ン ク 圧PT≦4.Okgf/cm2で. ズ ル とL≧70mmノ. に,L=. ズ ル が 異 な る点 は,ノ. ズ ル 出 口 直 後 の 全 圧 変 化 で あ る.L≧70mmの. は,全. 圧の. 合,い. 変 化 は,加 速 管 長 に よ る差 は ほ と ん ど な い.全. 圧値. ざ か る に つ れ て 低 下 す るが,L=50mmノ. T16. れに. ズ ル と類 似 して い る も の の,全 圧 の 値 や 変. 図9は,各. け る軸方 向 の全圧 変化 を タ ンク圧 ごとに示 す.. に,. 動 の 周 期 はL≧. D.噴 流 内 の全 圧分 布 加速 管長 の噴流 の ノ ズル出 口近 傍 にお. なわ. は,管 長 に 差 が あ る に も. ノ ズ ル 出 口 に近 い ほ ど 比 較 的 似 た 値 を と る.こ. ズ ル の 場 合 の よ う に タ ン ク圧 で 相. len. L. 傾 向 は 先 に 述 べ た 噴 流 径 の タ ン ク圧 に よ る変 化 と対. っ て,よ. in total. acceleration. ず れ の 加 速 管 で も全 圧 は,ノ. 場. ズ ル 出 口 か ら遠 ズ ルの場.
(9) 63. (論 文 集)Vol.48,No.1(1995). Fig.. 10. Visualization of jet flow from nozzle by Schlieren photography (with knife edge paralleled. 合 は,逆. に 上 昇 す る.L=50mmノ. L≧70mmノ. ズ ル に 比 べ,同. to Z-direction) じ な か った も の と考 え ら れ る.. ズ ル の 全 圧 値 が, 一 タンク圧 に もかか わ. らず 相 対 的 に高 くな る の は,こ. 4.3噴. シ ュ リー レ ン装 置 を 用 い て 各 加 速 管 長 ノ ズ ル の噴. 昇 が 原 因 と な って い る. 加 速 管 長L≧70mmの. ノ ズ ル に お い て,全. ズ ル 出 口 で 減 少 す る の は,前. 流 を 可 視 化 して 解 析 し た.図10は,結. 圧がノ. シ ュ リー レ ンナ イ フ エ ッ ジをZ軸. 報 で 報 告 した よ う に 加. 速 管 先 端 で 不 足 膨 張 の 状 態 に あ る流 れ が,ノ. ノ ズ ル 出 口 の 白 黒 の 濃 淡 はX軸. ズル出. 化 を 示 す.こ の 他,ナ. 口 で 膨 張 波 を発 生 す る た め で あ る. そ こで,L=50mmノ. 流の可視化. の 出 口 直 後 の全 圧 上. ズ ル の 全 圧 上 昇 の 原 因 を,. 定 して,Z軸. 果 の 一 例 で, に 平 行 に 設 定 し,. 方 向 の空 気 密 度変. イ フ エ ッ ジをX軸. に平行 に設. 方 向 に お け る噴 流 の 空 気 密 度 変 化 に つ. 3.1項 で 述 べ た 加 速 管 内 の 流 れ の 結 果 と 関 連 づ け て. い て も測 定 した.こ. 考 察 す る.L=50mmノ. に 述 べ た圧 力 分 布 か ら の 測 定 結 果 と比 較 検 討 した.. に,タ. ズ ル で は,先. ン ク圧PT=5.Okgf/cm2以. 上 の 場 合,加. 先 端 部 で 衝 撃 波 が 発 生 す る.一 で は,入. に述 べ た よ う. 般 に,加. 図11は,各. 速管. 化 に よ るX方. 速管 先 端部. れ ら可 視 化 に よ る測 定 結 果 を 先. 加 速 管 長 ノ ズ ル の 噴 流 に つ い て,可 視 向 の 空 気 密 度 変 化(白 黒 濃 淡)と 全 圧. 測 定 に よ る全 圧 の 変 動(図9)を. 口側 か ら発 達 し た 壁 面 境 界 層 が 厚 く な る た. タ ン ク圧 と の 関 係. で 比 較 して示 す.図. よ り,両 者 の 測 定 に よ る無 次 元. が 大 き く,境 界 層 で 分 岐 して 比 較 的 長 さ の あ る 擬 似. ピ ッチ(p/D)は,と. も に タ ン ク圧 が 高 く な る に つ れ. 衝 撃 波 に な りや す い.従. 増 大 し,定 量 的 に も よ く一 致 す る.一 方,空. め,そ. の 位 置 で 発 生 す る衝 撃 波 は,境 界 層 と の 干 渉. って,L=50mmの. 加 速管. 気 密度. の 変 化 す る 長 さXLと. 全 圧 の 変 動 す る長 さXDの. 撃 波 と し て ノ ズ ル 出 口 か ら大 気 中 に 発 生 す る こ と に. ン ク圧 と の 関 係 は,大. き さ に 若 干 の 差 が あ る が,い. よ る もの と考 え られ る.こ. ず れ も,タ. 出 口 に お け る全 圧 上 昇 は,こ. ル で は,ノ. の擬似 衝撃 波 が圧 縮衝. の 結 果,L=50mmノ. ズ ル 出 口 でL≧70mmノ. ズ. ンク圧 に か か わ らず ほ ぼ 一 定 値 を 示 し,. そ の 傾 向 は 一 致 す る.こ. ズ ル の よ う な噴. の こ と か ら,シ. 写 真 で 観 察 さ れ た 白 黒 の 濃 淡 縞 は,前. 流 径 の 増 大 や これ に よ る流 速 の 急 激 な低 下 現 象 が 生. T17. タ. ュ リー レ ン. 報 と同 様,ノ.
(10) 64. 繊 維 機 械 学 会誌. Fig.. 13. Air tank pressre PT versus weft darag F by nozzle, at differrent acceleration lengths L =50, 70, 110, 170mm pieces ; 75 denier Bemberg tured by Asahi-Kasei). Fig.. 11. Comparison of changes in air density of flow determined by visualization with changes in total pressure of flow by pres sure measurement, at different tank pres sures PT (white marks= changes of total pressure, sity). black. marks = changes. yarn. force tube (test. manufac. た流 速 分布 か ら求 め た 噴流 径 の変 化 と よ く一 致 す る. 4.4ノ. of air den. ズル の よ こ糸牽 引力. 図13は,各. 加 速 管 ノ ズ ル に よ る 空 気 タ ン ク 圧PT. と よ こ糸 牽 引 力Fと な お,よ. の 関 係 を 示 す.. こ糸 牽 引 力 の 測 定 は,前. た.す. な わ ち,一. し,他. 端 が ノ ズ ル先 端 か ら50cm出. た の ち,ノ. 報 と同 様 に行 っ. 端 を 固 定 した よ こ糸 を ノ ズ ル に 通 るよ うに設定 し. ズ ル か ら空 気 を 噴 射 し て 糸 に 付 加 され る. 張 力 の 大 き さ を 歪 ゲ ー ジ を用 い て 測 定 した. 図 よ り,い ず れ の 加 速 管 ノ ズ ル も タ ン ク圧 の 上 昇 に 従 い牽 引 力Fが. 増 加 す る が,同 一 タ ン ク圧 で は,. 加 速 管 の 長 い ほ ど,牽 引 力Fが. 大 き い.ノ. の 吐 出 噴 流 速 度 は,PT≦4.0kgf/cm2の 図5に. 示 す よ う に,タ. ン ク圧 が 同 一 で あ れ ば,加. 管 が 短 い ほ ど速 くな る が,よ の 長 い ほ ど大 きい.こ. ズルか ら. 場 合,前 述 の 速. こ糸 牽 引 力 は加 速 管 長. の こ と に よ り,よ. こ糸 牽 引 力. は ノ ズ ル の 吐 出 噴 流 よ り加 速 管 内 の 流 れ の 影 響 を よ Fig.. 12. Air tank. pressure. onal diameter b/D zation, at differrent gths. PT versus. non-dimenti. determined acceleration. り強 く受 け,牽. by visuali tube len. 引 力 は,加. 速 管 内 で 糸 と空 気 の 接 触. 長 が 長 い もの ほ ど大 き くな る. ノ ズ ル の よ こ糸 牽 引 力 は,圧. L. 力 の低 い範囲 で は タ. ン ク圧 に比 例 す る が,PTが4.0kgf/cm2付. 近 を越 え. ズ ル出 口の圧 縮 波,膨 張 波 の繰 り返 し発 生 を表 す も. る と加 速 管 長 の 長 い ノ ズ ル ほ ど比 例 し な く な る.こ. の といえ る.. の 原 因 は,前 報 で も報 告 した よ う に,こ. 図12は,可. 視 化 噴 流 のZ方 向 の密 度変 化 か ら求. の圧 力付近. か ら加 速 管 先 端 部 で 流 れ が チ ョー ク し,上 流 の 加 速. めた噴流 径 を タ ンク圧 との関係 で示 す.図 よ り,タ. 管 内 流 れ が タ ン ク圧 に よ っ て 変 化 しな くな る ため で. ンク圧 に対 す る噴 流径 の変 化 は,前 述 の 図6に 示 し. あ る.. T18.
(11) 65. (論 文 集)Vol.48,No.1(1995). 5.結. りL≧70mmノ. 論. ズ ル で は,急 激 な 噴 流 径 の 増 加 お よ. び こ れ に よ る 流 速 の 低 下 現 象 が 生 じ る が,L=50 mmで. 本 研究 で は,エ ア ジェ ッ トル ーム(変 形 お さ補助 ノズル方 式)の メ イ ンノズ ルの性能 を向上 させ る基. は,圧 縮 衝 撃 波 の 発 生 に よ り噴 流 径 や 流 速 に. 大 き な 変 化 が 生 じな い.. 礎 的研究 と して加 速管 長 と噴流 の空 気流 動特 性 の関. (4)また,よ. 係 を検討 した.. こ糸 牽 引 力 は,加 速 管 内 の 影 響 を 強 く. 受 け,加 速 管 の 短 い ノ ズ ル ほ ど,牽. 得 られた結 果 は次 の とお りで あ る.. 引 力 は 小 さ い.. 参考文献. (1)亜音 速領 域 に お ける噴流 分布 形状 は,加 速管 長. 1)V.Duxbury;J.Text.Inst.,50,No.10,P558(1959). の影 響 を ほ とん ど受 け な い.. 5)N.ラ. (2)超音 速 領 域 に お い て は 差 が み られ,L≧70mm. シ ャ ト ナ ム;噴. 流,p.1,森. 3)M.Mohamed,M,Salama;TextRes.J.,40,No.10,T. の加速 管 ノズ ルで は その 出 口で膨 張波 が発 生 し,L =50mmノ ズル で は圧 縮衝 撃波 が発 生 す る.. 99(1987). (3)超音速 域 の噴流 分布 形状 は,膨 張 波 の発生 に よ. T19. 4)石. 田,岡. 島;繊. 機 誌,44,No.4,T63(1991). 5)石. 田,岡. 島;繊. 機 誌,45,No.12,T63(1992). 北 出 版(1980).
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