往復圧縮機配管系の圧力脈動の応答計算

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配管内圧力脈動の減衰は流速二乗形の非線形減衰であり、しかも、その減衰に働く流速は周期的ではあるものの正弦波形とはほど遠い波形をしている。この状況下で圧力脈動の共振応答を振動数領域で計算するためには、非線形減衰を何らかの方法で線形化しなければならない。その線形化法として、定常流成分と平均値零の変動流成分に対する2つの線形係数を定めるという考えを提案した。この考えの妥当性を検証するために、単一管路の等価回路、1つ共振器と非線形減衰を含む回路に既知の非正弦波入力を加え、上述の考えに基づく3つの線形化法を非線形減衰をそれぞれ線形化し応答波形を計算し、同じ回路についてルンゲ・タック・ギル法を用いて計算した結果と比較した。多くの入力波形について比較した結果、流速の絶対値の平均値を用いる平均こう配法と最小二乗法が精度の良いことが分かった。また、これら2つのうち、最小二乗法がわずかに精度が良く、平均こう配法がわずかに計算時間が短いことも分かった。以上の結果をもとに、電気回路網の解析手法の1つである節点解析法を応用して、複雑な形状の配管の圧力脈動の応答計算を試みた。この場合、配管の分岐点を節点とみなし、節点と節点を接ぐ一次元的配管の伝達行列を求め、これを3個のアドミタンスを持つ2ポート回路に置き換え、これを合成して配管全体の等価回路を作る。そして、各節点の圧力を節点解析法を用いて収束計算により求める。いくつかのモデル配管について、入力端の圧力脈動の共振応答を計算し、実験値と比較した結果、いずれも10〜30%以内の誤差で一致することが分かった。入力流量波形が与えられれば、本方法は十分実用に供するものと考える。