軸対称流れの不安定性とヒステリシス

点击翻译按钮获取中文摘要

外向き旋回流れは正の圧力勾配に抗して流れる減速流であるため、本質的に不安定性が強い。本研究は軸対称な羽根無し平行壁ディフューザを対称として、外向き旋回流の不安定性と非線形性を解明することを目的としている。先ず、実験により流れが不安定となる流動条件と、その流れの状態を明らかにした。作動流体は空気とし、用いられた装置は中心に旋回流を作るための回転羽根車が付いた内外径比が4.8の平均壁ディフューザである。その上流には流量を調節する送風機が設けられ、流れ角αを0〜90°の範囲で調節できる。周方向に3点位置を変えて設けた壁面静圧測定孔の変動圧力を半導体圧力変換器により測定し、デジタルオシロレコーダーにより記録した。また、熱線流速計で内部流れを非定常測定した。その結果、αが7〜22°の範囲ではディフューザ外周付近に中心を持つ異なる向きの2組の渦が主流に重なり比較的高速に回転するセル数2の旋回失速を起こすことが分かった。また、3〜10°の範囲では伝播回転速度の遅く、羽根車の1箇所から半径方向に噴出し、ディフューザを貫流するセル数1の流れが主流に重なっていることが分かった。7〜10°ではセル1とセル2の状態が共存しているが、それぞれの変動に着目して周期毎に平均した結果を見ると互いに影響をほとんど受けていないことも明らかになった。また、ディフューザ幅が羽根車出口幅よりも広い場合、旋回角度の増減に伴い、旋回失速の発生、消滅が遅れ、ヒステリシスが生じることなどが分かった。以上の結果から外向き旋回流で旋回失速が生じた場合の流れの挙動を非定常的に詳細に明らかにすることができる。