超音速乱流の圧力損失低減に関する研究

降低超声速湍流压力损失的研究

• 批准号: 07750204
• 负责人: 角田 和巳
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750204/
• 关键词: 超音速流; リブレット; 摩擦抵抗; 全圧損失

MHD発電機のような超音速流れを利用する流体機械では,壁面摩擦による圧力損失の影響を無視することはできず,このとき発生するエントロピーの増大を可能な限り抑制することが,機器の効率を向上させる上で本質的な問題となっている.そこで本研究では,代表的な摩擦抵抗低減デバイスとして知られるリブレットを超音速ノズルの壁面に設置することにより,超音速内部流れを利用するエネルギー変換装置へのリブレットの適用について,その妥当性を判別することを目的とした実験を行った.本研究で使用した超音速ノズルは,流路幅30mm,流路長さ400mm,スロート高さ15mmの2次元ノズルであり,下壁面が平面,上壁面が曲面で構成されている.流れ場の計測は,背圧を変化させることにより種々の圧力比のもとで実施し,上壁および側壁の壁面静圧と全圧の空間分布を詳細に測定した.実験では,ノズル下壁面に平滑平板またはリブレットを取り付けて同種の計測を行うことで,リブレットの効果を検証した.なお,リブレットの断面形状は,上底0.1mm,下底0.231mm,高さ0.2mmの台形であり,これがノズルのスパン方向に0.3mm間隔で縦溝状に加工されている.上記形状のリブレットを用いて実験を行ったところ,ノズル壁面が平滑である場合に比べて,壁面静圧が流路全域にわたって低下する現象が観察された.また流れ方向に測定した全圧分布の結果から,リブレットを使用すると全圧損失の低下することがわかり,超音速内部流れに対してもリブレットの摩擦損失低減効果が確認された.このときの流路高さ方向の全圧分布を調べると,リブレット面上では境界層厚さが薄くなっており,その結果として全圧損失が現象したものと考えられる.今後は本研究の結果を踏まえた上で,放射状超音速流へのリブレットの適用についても検討を行う予定である。

MHD development of supersonic flow in fluid machinery, wall friction, pressure loss effects are ignored, and the increase in the efficiency of the machine is limited. This study is aimed at identifying the suitability of low friction resistance devices for supersonic internal flow applications. In this study, supersonic flow path width 30mm, flow path length 400mm, flow path height 15mm and 2-D flow path were used. The lower wall surface was flat and the upper wall surface was curved. Flow field measurement, back pressure change, pressure ratio, upper wall and side wall static pressure spatial distribution were measured in detail. The lower wall of the wall is smooth and flat. The lower wall is smooth and flat. The shape of the cross section is 0.1mm at the top, 0.231mm at the bottom and 0.2mm at the height. Note that the shape of the wall is smooth, and the static pressure of the wall is low. The results of total pressure distribution measurement in the direction of supersonic internal flow confirm the reduction of total pressure loss due to the use of supersonic internal flow. The total pressure distribution in the high direction of the flow path is adjusted, and the thickness of the boundary layer is reduced. The results of this study will be discussed in the future, and the application of radial supersonic flow will be discussed.