非対称ノズル列を用いた超音速旋回流の生成

使用不对称喷嘴阵列产生超音速旋流

• 批准号: 08650190
• 负责人: 吉川 邦夫
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650190/
• 关键词: 超音速旋回流; 非対称ノズル; ディスク形MHD発電機; スワールベーン; 特性曲線法

ディスク形MHD発電機を一層高性能化するために、発電流路入口でマッハ2程度まで加速される作動流耐に、半径方向だけでなく30°〜40°程度の円周方向の流速を与える、すなわち超音速旋回流とする方法がある。この目的のための、発電流路入口に放射状超音速ノズル列であるスワールベーンを配置している。しかし単純な対称形超音速ノズル列を応用した設計のため、スワールベーン出口円上に流速の不均一が発生し、発電機内のプラズマに悪影響を及ぼして発電性能を劣化させている。そこでこうした流れの不均一を起こさないように独自に設計した非対称超音速ノズルを応用した新型スワールベーンを製作し、旧型ベーンとともに風洞実験及び数値流体解析を行って生成される超音速旋回流の特性を調べ、スワールベーンの最適設計を検討した。まず、風洞実験ではマッハツェンダー干渉計を用いたベーン後縁部の流れの可視化及び、二次的な静圧分布計測を行った。この結果旧型ベーンでは出口の等密度線が大きく湾曲していることが確認され、それによる後縁衝撃波の発生及び下流の静圧分布のばらつきが見られた。このことから懸念された通りベーン出口で流速の不均一が発生しており、それが余分な損失の原因となり、下流の均一性を乱していることがわかった。これに対して新型ベーンでは、ベーン出口の等密度線がおおよそ発電機中心を中心とした同心円状になり、下流の静圧も等エントロピー的な均一な分布となった。これは均一な超音速旋回流が生成されていることを意味し、新型スワールベーンの有効性が確かめられたといえる。しかし、後縁衝撃波などの現象は残っており、完全には流れの不均一が無くなったわけではない。そこで二次元・非粘性・圧縮性数値流体解析を行い、さらに詳しい検討を加えた。計算結果で特徴的なのは、特にマッハ数において旧型ベーンはθ方向にランダムな不均一が見られるのに対し、新型ではベーンの後流でのみ不均一が大きくなっていたことである。このことは風洞実験では確認できなかったが、新型ベーンにおいてスロートでの音速線が上流側に大きくずれており、ベーンの前縁部で衝撃波による全圧損失が発生していることが原因である。しかし、亜音速部を改良した改良型ベーンの計算結果から、今後亜音速部の最適化によって、非対称ノズルを用いたスワールベーンは均一な超音速旋回流を生成することができることがわかった。

A layer of high-performance MHD motor is developed. The inlet of the current path is accelerated to a degree of 30° ~ 40 ° in the radial direction. The flow velocity in the circumferential direction is adjusted to a degree of 30° ~ 40°. For this purpose, the inlet of the transmission circuit is radially supersonic. The uneven flow velocity at the exit of the engine causes the occurrence of noise in the engine and the deterioration of the transmission performance. A study of the optimal design of the supersonic vortex flow characteristics generated by the differential design of the supersonic vortex flow is carried out. The flow visualization and secondary static pressure distribution measurement of the rear part of the wind tunnel are carried out. As a result, the isodensity line at the outlet of the old type of shock wave was confirmed, and the generation of shock wave after shock wave and the static pressure distribution of the downstream were observed. The flow rate at the outlet is uneven, the cause of the residual loss is uneven, and the uniformity of the downstream is chaotic. In this case, the uniform distribution of the constant density line at the outlet of the motor center, the concentric shape line at the center of the motor center, the static pressure line at the downstream, etc. The uniform supersonic rotation flow is generated in the middle of the circle, and the new type of rotation flow is generated in the middle of the circle. The phenomenon of aftershock wave is incomplete, completely reversed and uneven. 2-D, non-viscous, compressible numerical fluid analysis The calculation results show that the characteristics of the reverse, special, and number of old type reverse theta direction reverse, special, and number of new type reverse theta direction reverse, special The reason for the occurrence of total pressure loss due to shock wave in the front part of the wind tunnel is that the sound velocity line in the upstream side of the wind tunnel is larger than that in the wind tunnel. The calculation results of the improved supersonic velocity section show that the supersonic velocity section is optimized in the future, and the uniform supersonic rotation flow is generated.

项目成果

奥田和孝、寺本嘉則、吉川邦夫: "非対称ノズルを用いた超音速旋回流の生成" 日本機会学会論文集(B編). 62巻604号. 4113-4118 (1996)

Kazutaka Okuda、Yoshinori Teramoto、Kunio Yoshikawa：“使用非对称喷嘴生成超音速旋流”日本机械工程师学会汇刊（ed. B），第 604 卷。4113-4118（1996 年）。