Study on Generation Mechanism of High Level Sound Generated in Boiler and Heat Exchanger and Its Countermeasures

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ボイラ・熱交換器ではダクト内に管群が設置された構造のため、排ガスなどの流れを受けると管群背後に流速に比例した周波数を持つカルマン渦が発生し、ダクトの気柱共鳴周波数に一致すると共鳴現象や空力自励音が発生し、大音響の騒音となる。これが発生すると工場停止に至り大損害を被るのみならず社会的な信用までも失墜する。したがって設計段階でこのような事故を防ぐことが必要となる。そこで本研究ではこの大音響が発生するメカニズムを明らかにし、有効な対策を提案することを目的とした。そのためダクト音場を励起させる渦の強度に関係する管本数とダクト音場の音響減衰に関係する吸音材貼付量をパラメータとした実験を行い、これらと大音響騒音の発生の有無との関連性を論じた。その結果、(1)管群列数が多いとき(3 列以上)には1 次モード、少ないとき(2 列以下)には2 次モードの共鳴音が発生することから、渦による励振力が流速と管群列数に強く依存している、(2)共鳴周波数により求めたストロハル数は、管群数が増加するにつれて上昇するのでT/d0とL/d0の組合せでストロハル数を求めるFitzhugh の図を用いる際には注意が必要である、(3)自励音発生メカニズムが渦による励振力とダクトが有する音響減衰力の大小関係で発生の有無が決まることを考える上で、励振力が管群の本数と自励音発生流速の2乗に比例すると考えることができる、(4)管群列数Nと音響減衰〓で自励音発生限界を表わせば〓<0.0023Nとなる、などが明らかになった。