斜流ターボ機械ディフューザ内のねじれ境界層の抑制に関する研究

本研究は、斜流形ターボ圧縮機の平行円錐壁ディフューザの内壁に設置した凸起状の案内羽根により、ディフューザの内壁に発達するねじれ境界層を抑制し、ディフューザの性能を向上させることを目的としたものである。通常の案内羽根をディスクに装着することによっても、上記の目的は達成できるが、この場合には設計点を外れた流量域での性能の低下が著しい。しかし、ディフューザの内壁に凸起状の案内羽根によりねじれ境界層を抑制できるれば、設計点を外れた流量域でも性能の低下が少なく、広い流量範囲で使用する斜流形ターボ圧縮機のディフューザとして最適なものとなる。ねじれ境界層を抑制する度合いと、凸起状の案内羽根の高さとは密接な関連があるものと思われ、案内羽根の高さがある程度以上高くなると、通常の案内羽根をディフューザに装着した場合に近い性能となることが推定される。本研究では、凸起状の案内羽根の高さを流路幅の20、40、60、および80%としたディフューザおよび通常の案内羽根をもったディフューザについて、3孔ピトー管を用いての圧力、速度および流れの角度の測定を行い、案内羽根の最適高さを明らかにした。また熱線風速計を用いて各ディフューザ内の乱流値を測定することおよびスモークワイヤ法を用いてその内部流れを観察することにより、凸起状の案内羽根の効果のメカニズムを明らかにした。本研究により、明らかにされた事項を要約すると、広い流量範囲でのねじれ境界層の抑制には、流路幅の20%程度の凸起状の案内羽根を用いることがディフューザ性能に及ぼす影響は小さい。

本研究は、斜流形ターボ圧縮機の平行円錐壁ディフューザの内壁に設置した凸起状の案内羽根により、ディフューザの内壁に発達するねじれ境界層を抑制し、ディフューザの性能を向上させることを目的としたものである。通常の案内羽根をディスクに装着することによっても、上記の目的は達成できるが、この場合には設計点を外れた流量域での性能の低下が著しい。しかし、ディフューザの内壁に凸起状の案内羽根によりねじれ境界層を抑制できるれば、設計点を外れた流量域でも性能の低下が少なく、広い流量範囲で使用する斜流形ターボ圧縮機のディフューザとして最適なものとなる。ねじれ境界層を抑制する度合いと、凸起状の案内羽根の高さとは密接な関連があるものと思われ、案内羽根の高さがある程度以上高くなると、通常の案内羽根をディフューザに装着した場合に近い性能となることが推定される。本研究では、凸起状の案内羽根の高さを流路幅の20、40、60、および80%としたディフューザおよび通常の案内羽根をもったディフューザについて、3孔ピトー管を用いての圧力、速度および流れの角度の測定を行い、案内羽根の最適高さを明らかにした。また熱線風速計を用いて各ディフューザ内の乱流値を測定することおよびスモークワイヤ法を用いてその内部流れを観察することにより、凸起状の案内羽根の効果のメカニズムを明らかにした。本研究により、明らかにされた事項を要約すると、広い流量範囲でのねじれ境界層の抑制には、流路幅の20%程度の凸起状の案内羽根を用いることがディフューザ性能に及ぼす影響は小さい。