遠心ポンプの気液二相内部流動様相と揚水限界に関する研究

高気液混合比でも揚水可能な遠心ポンプ開発の一端として,本研究では,通常に液単相用に設計された単翼列羽根車と気液混相用として開発中のタンデム円形翼列羽根車の2種類を対比させつつ、次の項目を調査して更なる開発への指針を得た.1)羽根車へのガス流入法の違いが揚水性能に及ぼす影響について;ガスを局所流入させたとき,高液流量域ではガスは速やかに羽根車から排出されるが,低流量域では,例え気泡流であっても羽根車十数回転の間,羽根車内に留まり,複数気泡の合体が気体帯留域発生をもたらしていること,しかしガスを局所流入と周方向一様流入させたときとでは揚水性能には違いが現れないこと,したがって立て軸形と横軸形というポンプ姿勢は羽根車の揚水性能には影響しない.また気泡の羽根車内での気泡の挙動は単純な一次元解析でも再現できることが知られた.2)羽根車内に生じる気体滞留域の羽根車裏面からの液の強制噴流による制御について;観察から噴流は滞留域粉砕に効果はあるものの,高液流量では,それが揚水性能向上に結び付かず,揚水限界を示すこと,揚水性能がもともと劣る低流量域では改善されるものの,その量は高液流量における揚水性能限界と同程度であることがわかった.3)タンデム翼列羽根車の翼形状が揚水性能に及ぼす影響について;高羽根出口角をもつ単翼列羽根車では高気液混合領域でのポンプ揚程低下割合が比較的緩やかである一方,タンデム翼列化によりそこでの揚程低下割合が増加することが知られ,タンデム翼列時の外側の回転翼列への気液流入状態と内側回転翼列及び両翼列間に配置の静止翼列の翼形状とのマッチングが更なる揚水性能向上に重要であるとの指針を得た.

高気液混合比でも揚水可能な遠心ポンプ開発の一端として,本研究では,通常に液単相用に設計された単翼列羽根車と気液混相用として開発中のタンデム円形翼列羽根車の2種類を対比させつつ、次の項目を調査して更なる開発への指針を得た.1)羽根車へのガス流入法の違いが揚水性能に及ぼす影響について;ガスを局所流入させたとき,高液流量域ではガスは速やかに羽根車から排出されるが,低流量域では,例え気泡流であっても羽根車十数回転の間,羽根車内に留まり,複数気泡の合体が気体帯留域発生をもたらしていること,しかしガスを局所流入と周方向一様流入させたときとでは揚水性能には違いが現れないこと,したがって立て軸形と横軸形というポンプ姿勢は羽根車の揚水性能には影響しない.また気泡の羽根車内での気泡の挙動は単純な一次元解析でも再現できることが知られた.2)羽根車内に生じる気体滞留域の羽根車裏面からの液の強制噴流による制御について;観察から噴流は滞留域粉砕に効果はあるものの,高液流量では,それが揚水性能向上に結び付かず,揚水限界を示すこと,揚水性能がもともと劣る低流量域では改善されるものの,その量は高液流量における揚水性能限界と同程度であることがわかった.3)タンデム翼列羽根車の翼形状が揚水性能に及ぼす影響について;高羽根出口角をもつ単翼列羽根車では高気液混合領域でのポンプ揚程低下割合が比較的緩やかである一方,タンデム翼列化によりそこでの揚程低下割合が増加することが知られ,タンデム翼列時の外側の回転翼列への気液流入状態と内側回転翼列及び両翼列間に配置の静止翼列の翼形状とのマッチングが更なる揚水性能向上に重要であるとの指針を得た.