ターボ機械羽根車内の非定常非圧縮粘性流れの準三次元解析法に関する研究

本研究では、ターボ機械の性能向上を目的とした流れ解析、振動騒音問題の原因解析および予測等が、EWSまたはパーソナルコンピュータ等の小規模計算機で実行できる羽根車内非圧縮非定粘性流れの解析手法の確立を目的とし、準三次元解析法に渦法を組み合わせた手法を用い、軸流、斜流、および遠心のいずれの羽根車にも適応できる、極めて実用性の高い計算法を開発し、実測結果のある羽根車内の流動解析を行い、その有効性の評価、検証を行った。本年度の研究実績として以下の結果が得られた。1.任意の形状の羽根車において、回転流面で切断された翼間流れの非定常な翼面境界層の発達、剥離特性を二次元円形翼列に写像して離散渦法により解析するための基礎式を導き、二次元遠心羽根車の非定常粘性流れ解析のプログラムの拡張を行った。2.子午面非定常流れの運動方程式と連続の式から、流線曲率法により流面形状を解析する基礎式を導き、子午面流れ解析のプログラムを作成した。3.翼間流れプログラムと子午面流れのプログラムをタイムスプリット法により時間進行的に交互に計算できるように結合し、準三次元流れ解析プログラムを開発した。4.上記のプログラムを、LDVにより計測結果のある斜流羽根車に適用して、設計流量、および入り口逆流の生じる部分流量における流れの解析を行った。その結果、部分流量時における入り口逆流の発生、発達を捕らえることができ、実験結果を良く再現することが明らかになり、本手法の有効性が確認された。

本研究では、ターボ機械の性能向上を目的とした流れ解析、振動騒音問題の原因解析および予測等が、EWSまたはパーソナルコンピュータ等の小規模計算機で実行できる羽根車内非圧縮非定粘性流れの解析手法の確立を目的とし、準三次元解析法に渦法を組み合わせた手法を用い、軸流、斜流、および遠心のいずれの羽根車にも適応できる、極めて実用性の高い計算法を開発し、実測結果のある羽根車内の流動解析を行い、その有効性の評価、検証を行った。本年度の研究実績として以下の結果が得られた。1.任意の形状の羽根車において、回転流面で切断された翼間流れの非定常な翼面境界層の発達、剥離特性を二次元円形翼列に写像して離散渦法により解析するための基礎式を導き、二次元遠心羽根車の非定常粘性流れ解析のプログラムの拡張を行った。2.子午面非定常流れの運動方程式と連続の式から、流線曲率法により流面形状を解析する基礎式を導き、子午面流れ解析のプログラムを作成した。3.翼間流れプログラムと子午面流れのプログラムをタイムスプリット法により時間進行的に交互に計算できるように結合し、準三次元流れ解析プログラムを開発した。4.上記のプログラムを、LDVにより計測結果のある斜流羽根車に適用して、設計流量、および入り口逆流の生じる部分流量における流れの解析を行った。その結果、部分流量時における入り口逆流の発生、発達を捕らえることができ、実験結果を良く再現することが明らかになり、本手法の有効性が確認された。