アンチウイルスの機能限界に関する数値的研究

Jul 16, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15240 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

軸流ファンの失速は、性能の低下、振動、騒音、低流量での流れの不安定性などの有害な現象に直接関係します。 失速に対処するための一種の受動的制御方法として、アンチ失速フィン（ASF）と呼ばれる二次元プレートを独自に提案し、ケーシング内に取り付けました。 本研究では、ASF が流路内の内部流れパターンに及ぼす影響を視覚的に調査し、その傾向を性能曲線を用いて考察した。 続いて、ASF が空気力学的に導き出すことができるさまざまな設計パラメーターに対する ASF の機能制限が、この研究の主な焦点として提示されました。 各 1 因子分析を実行し、ASF が機能を失った時点での内部流動パターンを並行して観察しました。 半径方向の長さ、軸方向の長さ、フィンの数、および正の接線方向の角度に関して、ASF は不安定性を防ぐ限界までその機能をほぼ保持していましたが、特定の流量でその機能を根本的に失いました。 アキシャルギャップと負の接線角度では、ASF は徐々にその機能を失いました。 この研究は主に数値解析に基づいており、性能は実験テストによって検証されました。

流体機械の流量が低い場合、「失速」は入射角の増加によりさまざまな不安定性が生じる最も有害な現象の 1 つです。 当分野でよく知られている理論的および経験的な議論に基づくと、失速流量に含まれる可能性のある不利な要因は次のとおりです。性能曲線上の正の勾配 (\(Q\) – \(P\) または\(\varPhi\)–\(\varPsi\))1,2; 入口通路内の逆流と回転失速3、4。 ブレード変動応力5; 圧力変動6; 振動7,8; 騒音9、10。 ここで、逆流はブレード（ローター）の前縁（LE）から発生し、流量が減少するにつれて翼長方向および流れ方向に徐々に増加する必要がありますが、圧力変動、振動、騒音などの他の要因による強度は大きくなる可能性があります。流量に反比例しません。 それぞれの強度に関わらず、これらの失速流量要因を不安定にせずに抑制できれば、失速マージンの拡大により効率的な運転を確保することができます。 ストールフリーシステムにより流量調整の幅が広がります。

したがって、研究者たちは何十年もの間、失速を制御しようと試みてきました。 彼らの熱心な努力は、最終的には失速防止性能に結実しました。 ただし、それぞれのデバイスは、場合によっては大小の不利な点に直面する可能性があります。 コストと時間。 複雑なデザイン。 設置スペースとメンテナンス。 設計仕様からのパフォーマンスの低下（または変更）。 これらの欠点により、ストールを制御する各方法が産業分野で積極的に適用されることは躊躇されます。 失速は、より実用的かつ簡単な方法で制御する必要があります。

私たち自身による一種のパッシブ制御方法として、アンチストールフィン（ASF）と呼ばれる二次元プレートをインレットケーシングの内側とシャフトに向けて取り付けることが提案されました11,12。 設計プロセスでは、ASF の軸方向性 (角度; \(\beta\)) は考慮されていませんでした。これは、翼入口での絶対的な流れ角度が必然的に発生し、設計流量付近であっても性能の低下 (または変化) を引き起こすためです。つまり、ASF は 2 次元の幾何学的形状を示しました。 この方法で得られる機能は次のとおりです。 デバイスやシステムを操作する必要がありません。 追加のスペースはありません。 シンプルな構成。 即時性（現場での溶接または固定、半永久的）。 設計仕様に基づいて性能を保証。 材質（鉄、ゴム、プラスチックなど）を問いません。 とりわけ、この方法は \(Q\) – \(P\) 曲線上の正の勾配を完全に抑制することに成功しました。 つまり、ASF では失速による不安定性の抑制が期待されました。 ここで、耐失速性能の機能限界を考慮する必要がある。