旋回を伴う増速流れ場での二次流れの制御に関する数値シュミレーション

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タービンスクロールなどの旋回を伴う増速流れ場において二次流れを制御し損失の低減ならびに作動領域の拡大を図るために、壁面上に施された微小なフェンスや溝などのトリ-トメントが二次流れ場に及ぼす影響をナビエ・ストークス方程式を用いた三次元流れシュミレーションにより明らかにして,トリ-トメントを用いた二次流れの制御方法を見いだすことを試みた.その実施結果をまとめると,以下のようである。1.本研究で使用した三次元ナビエ・ストークス流れ解析コードでは,空間離散化法としてcell-centered法に基づいた有限体積法を用い,非粘性流束はRoeの近似リーマン解法を用いた高次精度風上スキームにより,粘性流束は中心差分的スキームにより評価し,時間積分法として点緩和形陰的時間進行法を用いた.さらに,複雑な幾何形状への適用性を高めるために,計算格子の形成法としてマルチ・ブロック形の複合格子法を用いた.2.二次流れを制御するためのトリ-トメントに対する境界条件として,微小フェンスを体積力で,溝を吹出しと吸込みで表した.したがって,トリ-トメントまわりの詳細な流れ場の解析は困難であるが,比較的少ない計算格子点でトリ-トメントが二次流れに及ぼす効果を光学的精度で解析できることがわかった.3.壁面境界条件として壁関数を用いる場合,トリ-トメントに対して上述の境界条件を適用すると,妥当な結果が得られなかった.このことは,壁関数に体積力あるいは吹出し・吸込みの効果が考慮されていないことに起因している.4.本解析コードをタービンスクロールの二次流れ制御に適用した結果,トリ-トメント近傍では損失が増大するが,二次流れの抑制効果は十分に得られること,微小フェンスの取り付け角には最適値のあることがわかった.