平成28年度 若手研究者学長表彰 研究成果報告
大学院理工学研究部 機械科学系エネルギーシステム分野 准教授 重光 亨
数値流体解析によるターボ机械の高性能化と内部流れの解明に関する研究
【研究の背景】
ターボ机械は、回転するローターを通して、流体と机械との间でエネルギー授受を行うエネルギー変换装置であり、インフラやエネルギーに関わる重要な产业基盘であると共に、再生可能エネルギー、航空?宇宙、医疗などの先端研究分野にも、広く活用させています。ターボ机械の高性能化を実现するには、回転する羽根周りの流れを的确に把握する必要があり、数値流体解析はその解明に极めて有効です。本研究では、数値流体解析を駆使し、ターボ机械の内部流れを解明し、その高性能化を実现してきました。
【研究の内容と成果】
本研究で対象としたターボ机械は小水力、小型风车、ポンプ、ファンなど多岐に渡りますが、ここでは、小水力(小型ハイドロタービン)、ファンに関する研究成果について报告します。
管路式农业用水路や简易水道などへの设置を想定した非常に小型な水车(図1)は、低効率であることが课题です(直径100尘尘程度の小水力では効率は50%以下)。そこで、二重反転形羽根车を採用し、数値流体解析による内部流れの调査结果をもとに水车効率64.2%を実现しました。また、羽根车内の圧力分布をもとに、羽根车の回転に伴う圧力変动(図2)についても明らかにし、その安定运転に対する指针を示しました。
送风机(ファン)の高性能化、低騒音化を実现する上で、ファン内部に発生する涡の挙动を把握することは非常に重要です。ここでは、800万格子程度の计算格子(図3)を使用した数値流体解析を実施し、チップクリアランスから発生する翼端漏れ涡の下流への迁移过程(図4)を示し、好适な动翼间距离について明らかにしました。
本研究成果は、ターボ机械の高性能化など工业上の有用性や工学への寄与度は高いものと考えられます。これらの研究成果をもとに新しいターボ机械の実用化などを目指していきたいと思います。
重光 亨, 竹島 康東司, 小川 雄也, 楠 丁, 福富 純一郎, "二重反転形小型ハイドロタービンの翼近傍における圧力変動", ターボ機械, Vol.44, No.7, pp.429-437, 2016年7月.
Toru Shigemitsu, Junichiro Fukutomi, Masaaki Toyohara, "Performance and Flow Condition of Cross-Flow Wind Turbine with a Symmetrical Casing Having Side Boards", International Journal of Fluid Machinery and Systems, Vol.9, No.2, pp.169-174, June 2016.
