渦流れによる吸音現象を利用したボイラ管群気柱共鳴現象の革新的防止対策の開発

利用涡流吸声现象开发创新的锅炉管组气柱共振现象预防措施

• 批准号: 21H01278
• 负责人: 濱川 洋充
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Oita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01278/
• 关键词: 渦; 気柱共鳴現象; 管群; ボイラ; 吸音

近年、CO2排出量が少ないコンバインドサイクル発電システムの開発が積極的に進められている。本発電において使用される排熱回収用ボイラなどの熱交換器の伝熱管群では、度々気柱共鳴現象が発生し振動と騒音が問題となる。本研究は、伝熱性能に優れた管群の一部において渦による吸音現象を利用して音響減衰を増加させ、気柱共鳴現象の発生を防止する新しい防止対策および設計法を開発することを目的とする。以下を明らかにする。(1) 音響管において渦流れによる吸音効果の増大および減少のメカニズムを解明する。(2) 管群からの渦放出音による音響励起力の増大と渦による吸音現象の関係を解明する。(3) 管群部における音響励起力と音響減衰特性をモデル化し、運動方程式を作成し安定判別を行い、防止対策の開発および設計法を構築する。本研究では、気柱共鳴現象と管群からの渦放出の挙動を同時計測できる実験装置を用いて、管抗力方向の管ピッチ比が小さくなると抗力方向モードが発生し易くなるが、管群本数が増加するにつれて、低次の揚力方向モードも発生することを明らかにした。管抗力方向の管ピッチ比が小さい場合には、既存のマップと一致しないため、渦放出周波数の予測式を新たに提案した。また、音響管を用いて多孔板の吸音性能に及ぼす流れおよび孔形状の影響を実験的に調査するとともに、流れの構造と吸音性能との関係についても検討した。流速の増加に対する吸音率の増加は、音響抵抗の増加が原因であり、吸音率のピーク周波数の変化は、孔を通過する流れによる位相のずれが原因であることが分かった。孔を通過する流速に比例して吸音率が増加する仕様の場合には、純音を入射すると，入射無しの場合よりも孔出口において規則的に渦が発生し、渦度が強くなった。吸音率が増加する原因は、入射音によって多孔板の孔出口で強い渦が生成され、音響エネルギーが消費されるためである。

In recent years, CO2 emission has been decreasing, and the development of electricity generation system has been actively progressing. The heat pipe group of the heat exchanger used in the heat recovery system of the present invention generates vibration and noise due to the resonance phenomenon of the heat pipe. This study aims to improve the thermal performance of a tube group by utilizing acoustic attenuation and preventing the occurrence of column resonance. The following is published tomorrow. (1)The sound absorption effect of the vortex in the sound tube increases and decreases. (2)The relationship between the acoustic excitation force and the acoustic absorption phenomenon caused by vortex emission of tube group is explained. (3)The acoustic excitation force of the tube group, the acoustic attenuation characteristic, the motion equation, the stability determination, the prevention of the development, and the design method are constructed. In this study, the phenomenon of column resonance and vortex emission of tube group are measured simultaneously. The device is used. The ratio of tube resistance direction to tube resistance direction is small. The resistance direction is easy to generate. The number of tube group increases. The direction of low order lift force is easy to generate. When the pipe resistance direction is small, the prediction formula of vortex emission cycle number is proposed. Study on the relationship between the acoustic absorption performance and the structure of the porous plate The increase in flow velocity causes the increase in sound absorption and acoustic resistance. The change in the number of cycles of sound absorption and the phase of flow through holes cause the increase in acoustic resistance. When the velocity of the hole increases, the sound absorption increases, and when the sound is not incident, the vortex is generated regularly, and the vorticity increases. The reason for the increase in sound absorption is that strong vortices are generated at the outlet of the perforated plate due to incident sound, and sound is generated due to consumption.

项目成果

管群を内蔵するダクトにおける気柱共鳴現象の発生特性

含一组管子的风管内气柱共振现象的发生特征

• 发表时间: 2021
• 作者: Hondo Nobuhiro;Tsuji Toshiaki;矢ヶ崎航，名倉梨花，桑田祐丞，須賀一彦;濱川洋充，古長颯斗，原田拓宜，栗原央流
• 通讯作者: 濱川洋充，古長颯斗，原田拓宜，栗原央流

Effect of Tube Pitch Ratio on Acoustic Resonance and Vortex Shedding

管节距比对声共振和涡旋脱落的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Hamakawa;H. Harada;H. Kocho;K. Shibayama;E. Kurihara
• 通讯作者: E. Kurihara

孔あき板を通過する流れがある場合の吸音現象に関する研究

流体通过多孔板时的吸声现象研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 濱川 洋充，原田 拓宜，山田 凌也，栗原 央流，林 秀千人

気柱共鳴現象時における格子配列管群内の渦放出特性

气柱共振现象中点阵管组的涡脱落特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Okumura Taichi;Nakanishi Daisuke;Naniwa Keisuke;Sugimoto Yasuhiro;Osuka Koichi;柴山 和樹，原田 拓宜，濱川 洋充，栗原 央流，西田 英一
• 通讯作者: 柴山 和樹，原田 拓宜，濱川 洋充，栗原 央流，西田 英一

多孔板の吸音性能に及ぼす流れおよび孔形状の影響

流动和孔形状对穿孔板吸声性能的影响

• 发表时间: 2021
• 期刊: ターボ機械
• 作者: 石川颯馬，下岡聖，濱川洋充，栗原央流，林秀千人