DE112017006296T5

DE112017006296T5 - Fluidvorrichtung

Info

Publication number: DE112017006296T5
Application number: DE112017006296.9T
Authority: DE
Inventors: Mariko Miyazaki; Akihiro Miyauchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: JPWO2018139049A1; WO2018139049A1; US20200263704A1; DE112017006296B4; JP6840172B2; US11242865B2

Abstract

Eine Fluidvorrichtung (100) umfasst eine Vielzahl von Strukturen (4), die in einer Form ausgebildet sind, die aus einer Flügelfläche (2) herausragt, und eine Vielzahl von Rippen (3), die in einer von der Flügelfläche (2) vertieften Form ausgebildet sind. Ein erster Querschnitt, der durch Schneiden der Struktur (4) durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung (F) ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet, weist eine schräge Seite auf, die sich von einem Punkt auf der Flügelfläche (2) zu einem Kopfende erstreckt, das ein Punkt außerhalb der Flügelfläche (2) auf der stromabwärts gelegenen Seite ist. Darüber hinaus wird zwischen zwei benachbarten Strukturen aus der Vielzahl der Strukturen (4) ein Zwischenstrukturströmungskanal gebildet. Darüber hinaus unterscheiden sich die Oberfläche einer Fläche in einer der beiden Strukturen und die Oberfläche einer Fläche in der anderen Struktur voneinander, mit der ein im Zwischenstrukturströmungskanal strömendes Fluid in Kontakt kommt. Dadurch kann das Ablösen der Strömung unterdrückt und der Reibungswiderstand der Strömung in der Fluidvorrichtung verringert werden.

Description

Titel der Erfindung: FLUIDVORRICHTUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidvorrichtung, die Flügel aufweist, wie einen Radialverdichter, einen Staubsauger oder eine Klimaanlage.
Hintergrundtechnik
In einer Fluidvorrichtung, wie beispielsweise einem Radialverdichter, einem Staubsauger oder einer Klimaanlage, wird aus einer Vielzahl von Flügeln ein Strömungskanal gebildet und die Querschnittsfläche des Strömungskanals verändert. Eine Strömungsgeschwindigkeit wird durch Änderung der Querschnittsfläche des Strömungskanals verändert. Nach dem Theorem von Bernoulli wird bei Druckerhöhung eine Strömungsgeschwindigkeit verringert. Darüber hinaus wird die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids in einer Grenzschicht durch die Viskosität verringert, wodurch die kinetische Energie klein wird. Daher kann um die Flächen der Flügel herum, an denen das Fluid in der Fluidvorrichtung strömt, das Fluid nicht entlang der Flächen der Flügel strömen, so dass möglicherweise ein Ablösen der Strömung bewirkt wird.
Ein solches Ablösen der Strömung in der Fluidvorrichtung führt ungünstigerweise zu einer Verringerung der Pumpgrenze der Fluidvorrichtung und zu einem Geräusch.
Darüber hinaus führt der Reibungswiderstand der Strömung an den Flächen der Flügel zu einem nachteiligen Energieverlust der Fluidvorrichtung.
Als Techniken, die sich auf das technische Gebiet beziehen, gibt es Techniken, die z.B. in den Patentliteraturen 1 bis 5 beschrieben sind.
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Technik, bei der Rippen auf einer Innenseite eines Wärmetauscherrohres, das für einen Wärmetauscher und andere Komponenten zur Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung verwendet wird, vorgesehen sind.
Patentliteratur 2 offenbart, dass eine unebene Fläche, die Unregelmäßigkeiten konfiguriert, auf einer Fläche einer Klappe vorgesehen ist, die auf einer Wandfläche eines Saugrohres oder innerhalb des Saugrohres angeordnet ist, und das Saugrohr für ein Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors verhindert dementsprechend das Ablösen einer Strömung und die Bildung einer Wirbelströmung.
Patentliteratur 3 offenbart ein Laufrad, das die Ausdehnung einer Grenzschicht oder das Ablösen einer Strömung verhindert, um einen hohen Wirkungsgrad eines Verdichters zu erreichen, indem eine Vielzahl von Nuten auf einer Fläche einer Nabe gebildet wird.
Patentliteratur 4 offenbart eine Technik, bei der Rippen an Blattflügeln einer Vertikalwellenwindmühle angebracht sind, um die Rotationseigenschaften zu verbessern und ein mit der Rotation verbundenes Geräusch zu unterdrücken.
Patentliteratur 5 offenbart eine Technik, bei der Rippen, deren Höhe in Richtung des Austritts eines Laufrads allmählich erhöht wird, auf einer Seitenwand eines inneren Strömungskanals eines Laufrads eines Radialverdichters vorgesehen sind, um einen Geschwindigkeits- und Energieverlust und eine Verringerung des Wirkungsgrades des Laufrads zu unterdrücken.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Übersetzung der Internationalen PCT -Anmeldung Veröffentlichungsnr. 2004-524502
Patentliteratur 2: Japanische Übersetzung der Internationalen PCT -Anmeldung Veröffentlichungsnr. 2005-525497
Patentliteratur 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2005-163640
Patentliteratur 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2008-008248
Patentliteratur 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. H9-264296

Nicht-Patent-Literatur
Nichtpatentliteratur 1: „Drag Reduction in Pipe Flow with Riblet“ von Shiki OKA-MOTO und zwei anderen, Transaktionen der JSME (auf Japanisch) (B), 25. April 2002, Bd. 68, Nr. 668, S. 1058-1064.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Um das Ablösen einer Strömung in einer Fluidvorrichtung zu verhindern, gilt es als effektiv, dass ein Impulsaustausch zwischen einer Grenzschicht und einem Hauptstrom erzeugt werden kann, und eine starke Strömung des Hauptstroms wird auf eine schwache Strömung in einer Grenzschicht angewendet, um die kinetische Energie in der Grenzschicht zu erhöhen. Um das Ablösen der Strömung durch Erhöhung der kinetischen Energie in der Grenzschicht zu verhindern, gilt es zusätzlich als effektiv, dass ein kleiner Wirbel in der Grenzschicht erzeugt werden darf und der Wirbel weiter in die Hauptstromrichtung getragen wird, um den Impulsaustausch zwischen der Grenzschicht und dem Hauptstrom zu erzeugen.
In der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technik sind die Rippen in zwei Richtungen, die sich überschneiden, auf der Innenseite des für den Wärmetauscher und andere Komponenten verwendeten Wärmeübertragungsrohres vorgesehen. Daher besteht die Möglichkeit, dass in einer von den Lamellen gebildeten Nut ein kleiner Wirbel erzeugt wird. Es gibt jedoch keinen Mechanismus, um den in der Nut gebildeten kleinen Wirbel in die Hauptstromrichtung zu tragen, und der Wirbel bleibt in der Nut.
Bei der in der Patentliteratur 2 beschriebenen Technik werden die Unregelmäßigkeiten auf der Fläche der Klappe gebildet. Darüber hinaus sind die in 5 der Patentliteratur 2 beschriebenen Unregelmäßigkeiten (scharfe Späne/Zunder) in Bezug auf die Strömungsrichtung schräg, aber ein Effekt, der durch das Tragen eines erzeugten kleinen Wirbels in den Hauptstrom erzielt wird, ist unbekannt. Darüber hinaus ist die Querschnittsform der Unregelmäßigkeiten senkrecht zur Strömung nicht beschrieben. Daher ist es nicht bekannt, ob der kleine Wirbel in der Grenzschicht erzeugt werden soll oder nicht.
Wie vorstehend beschrieben, ist ein Mechanismus zur Erzeugung des Wirbels in der Grenzschicht, der in die Hauptstromrichtung getragen wird, in beiden in der Patentliteratur 1 und 2 beschriebenen Techniken nicht vorgesehen. So findet der Impulsaustausch zwischen der Grenzschicht und dem Hauptstrom kaum statt. Dementsprechend kann die kinetische Energie in der Grenzschicht nicht erhöht werden, und das Ablösen der Strömung kann nicht ausreichend unterdrückt werden. Werden darüber hinaus Unregelmäßigkeiten auf einer Fläche eines Strömungskanals in den in der Patentliteratur 1 und 2 beschriebenen Techniken festgestellt, besteht die Möglichkeit, dass der Reibungswiderstand der Strömung aufgrund der Unregelmäßigkeiten erhöht wird.
Unregelmäßige Strukturen, die Rillen bilden, sind in allen Techniken der Patentliteratur 3 bis 5 nur in Strömungsrichtung vorgesehen. Im Folgenden werden diese Strukturen als Rippen bezeichnet. So beschreibt beispielsweise die Nicht-Patent-Literatur 1, dass der Reibungswiderstand einer Strömung durch die Bereitstellung der Rippen verringert wird. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass der Reibungswiderstand der Strömung nach den Techniken der Patentliteratur 3 bis 5 verringert wird. Die Rippen sind jedoch nicht mit einem Mechanismus ausgestattet, der den in der Nut gebildeten kleinen Wirbel in die Hauptstromrichtung trägt, und der Wirbel bleibt in den Rippen. Ein Effekt der Unterdrückung des Ablösens der Strömung ist daher nicht zu erwarten.
Wie vorstehend beschrieben, können die Techniken der Patentliteratur 1 bis 5 nicht gleichzeitig eine Unterdrückung des Ablösens der Strömung und eine Verringerung des Reibungswiderstands der Strömung realisieren.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Umstände erreicht, und ein Ziel ist es, den Reibungswiderstand einer Strömung zu verringern und gleichzeitig das Ablösen der Strömung in einer Fluidvorrichtung zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebene Aufgabe zu erreichen, umfasst eine Fluidvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Vielzahl von Flügeln, zwischen denen ein Fluid strömt; eine Vielzahl von Strukturen, die auf einer Flügelfläche vorgesehen sind, die eine Fläche jedes Flügels sind und in einer Form ausgebildet sind, die von der Flügelfläche vorsteht, und eine Vielzahl von Rippen, die auf der Flügelfläche vorgesehen sind und in einer von der Flügelfläche vertieften Form ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Querschnitt, der durch Schneiden der Struktur bei einem Durchgang durch ein Kopfende der Struktur durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zur Strömung des Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, eine Seite aufweist, die sich von einem Punkt auf der Flügelfläche zu einem Punkt abseits der Flügelfläche auf der stromabwärts gelegenen Seite der Strömung des Fluids erstreckt, wobei ein Zwischenstrukturströmungskanal zwischen zwei benachbarten Strukturen aus der Vielzahl von Strukturen gebildet ist, und die Oberfläche eines Teils in einer der beiden Strukturen und die Oberfläche eines Teils in der anderen, mit dem das in dem Zwischenstrukturströmungskanal strömende Fluid in Kontakt kommt, voneinander verschieden sind.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Erfindungsgemäß ist es möglich, den Reibungswiderstand einer Strömung zu verringern und gleichzeitig das Ablösen der Strömung in einer Fluidvorrichtung zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm eines Diffusors, der für eine Fluidvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wenn man von der Mittelachsenrichtung aus betrachtet.
2 ist eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung eines Flügels des in 1 dargestellten Diffusors.
3 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur, die auf einer Flügelfläche in der Fluidvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist.
4(a) ist ein Diagramm zum Darstellen eines ersten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang durch Kopfendee, die Scheitel der Struktur sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, und 4(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines zweiten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang durch die Scheitel der Struktur durch eine ebene Fläche erhalten wird, die senkrecht zu der Strömung des Fluids steht.
5(a) ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels eines dritten Querschnitts, der durch Schneiden einer Rippe durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung des Fluids erhalten wird, und 5(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines weiteren Beispiels eines dritten Querschnitts, der durch Schneiden einer Rippe durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung des Fluids erhalten wird.
6(a) ist ein Diagramm zur Erklärung der Erzeugung einer Aufwärtsströmung, und 6(b) ist ein Diagramm zur Erklärung der Erzeugung eines Wirbels.
7 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur, die auf einer Flügelfläche in einer Fluidvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform vorgesehen ist.
8(a) ist ein Diagramm zum Darstellen eines ersten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang durch Kopfendee, die Scheitel der Struktur sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, und 8(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines zweiten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang durch die Kopfenden der Struktur durch eine ebene Fläche erhalten wird, die senkrecht zu der Strömung des Fluids steht.
9 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur, die auf einer Flügelfläche in einer Fluidvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform vorgesehen ist.
10(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang durch Kopfendee, die obere Unterseiten der Struktur sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Fluidströmung ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, und 10(b) ist ein Diagramm zur Darstellung eines zweiten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang der Kopfenden der Struktur durch eine ebene Fläche senkrecht zu der Fluidströmung erhalten wird.
11 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur, die auf einer Flügelfläche in einer Fluidvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform vorgesehen ist.
12(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang durch Kopfendee, die obere Unterseiten der Struktur sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, und 12(b) ist ein Diagramm zur Darstellung eines zweiten Querschnitts, der durch das Schneiden der Struktur beim Durchgang durch die Kopfenden der Struktur durch eine ebene Fläche senkrecht zu der Strömung des Fluids erhalten wird.
13 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur, die auf einer Flügelfläche in einer Fluidvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform vorgesehen ist.
14(a) ist ein Diagramm zum Darstellen eines ersten Querschnitts, der durch Schneiden der Struktur beim Durchgang durch ein Kopfende, das ein Scheitel der Struktur ist, durch eine ebene Fläche, die parallel zu einer Fluidströmung ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, erhalten wird, und 14(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines zweiten Querschnitts, der durch Schneiden der Struktur beim Durchgang durch das Kopfende der Struktur durch eine ebene Fläche, die senkrecht zu der Fluidströmung steht, erhalten wird.
15 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur, die auf einer Flügelfläche in einer Fluidvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform vorgesehen ist.
16(a) ist ein Diagramm zum Darstellen eines ersten Querschnitts, der durch Schneiden der Struktur beim Durchgang durch ein Kopfende, das eine obere Unterseite der Struktur ist, durch eine ebene Fläche, die parallel zu einer Strömung eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, erhalten wird, und 16(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines zweiten Querschnitts, der durch Schneiden der Struktur beim Durchgang durch das Kopfende der Struktur durch eine ebene Fläche erhalten wird, die senkrecht zu der Strömung des Fluids verläuft.
17 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer vollständigen Konfiguration eines Analysemodells, das in einer numerischen Flüssigkeitsanalyse verwendet wird.
18 i ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht zur Darstellung von Strukturmodellen, die zur Analyse eines Erzeugungseffekts einer Aufwärtsströmung verwendet werden.
19 ist ein Diagramm, das durch das Auftragen einer Beziehung zwischen einem Neigungswinkel und einem Durchschnittswert der z-Richtungskomponenten einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Analysebereich dargestellt wird.
20(a) ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht zum Darstellen eines ersten Strukturmodells zum Analysieren eines Erzeugungseffekts eines Wirbels, und 20(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines Querschnitts, der durch Schneiden des Strukturmodells beim Durchgang durch ein Kopfende des Strukturmodells durch eine ebene Fläche senkrecht zu einer Strömung erhalten wird.
21 sind Diagramme, die durch das Auftragen eines Verhältnisses zwischen dem Höhenverhältnis von Dreiecken und einem Mittelwert der yz-Komponenten einer Verwirbelung im Analysebereich dargestellt werden, 21 (a) zeigt ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s und 21 (b) zeigt ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 m/s.
22(a) ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht zum Darstellen eines zweiten Strukturmodells zur Analyse des Erzeugungseffekts des Wirbels, und 22(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines Querschnitts, der durch Schneiden des Strukturmodells beim Durchgang durch das Kopfende des Strukturmodells durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung erhalten wird.
23 sind Diagramme, die durch das Auftragen einer Beziehung zwischen dem Basislängenverhältnis von Dreiecken und einem Mittelwert von yz-Komponenten einer Verwirbelung im Analysebereich dargestellt werden, 23(a) zeigt ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s und 23(b) zeigt ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 m/s.
24 sind Diagramme, die durch das Auftragen einer Beziehung zwischen einem Durchfluss und einer Druckdifferenz dargestellt werden, 24(a) zeigt ein Versuchsergebnis im Bereich eines Durchflusses Q von 0 bis 1 und 24(b) zeigt ein Versuchsergebnis im Bereich des Durchflusses Q von 0 bis 2.
25 ist ein Diagramm, das durch das Auftragen einer Beziehung zwischen einem Durchfluss und einem Verhältnis einer Erhöhung der Druckdifferenz bei der Bereitstellung der Strukturen und der Rippen auf der Flügelfläche zu der Druckdifferenz bei der Bereitstellung nur der Strukturen auf der Flügelfläche dargestellt wird.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass gemeinsame Bauelemente und ähnliche Bauelemente in jeder Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und doppelte Erläuterungen entsprechend weggelassen werden.
(Erste Ausführungsform)
Zunächst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
1 ist ein Diagramm eines Diffusors 102, der für eine Fluidvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus der Mittelachsrichtung betrachtet verwendet wird. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung eines Flügels 101 des in 1 dargestellten Diffusors 102. Hier wird ein Radialverdichter als Beispiel für die Fluidvorrichtung 100 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, weist der Diffusor 102 eine ringförmige Nabenplatte 103 und Flügel 101 auf, die auf einer Fläche der Nabenplatte 103 errichtet sind. Durch Bereitstellen der Vielzahl von Flügeln 101, die für den Diffusor 102 verwendet werden, werden Strömungskanäle 1 aus der Vielzahl von Flügeln 101 gebildet, und es wird eine Flüssigkeits- oder Gasströmung F erzeugt. Nämlich strömt ein Fluid zwischen der Vielzahl der Flügel 101.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Fluidvorrichtung 100 eine Vielzahl von Strukturen 4, die auf einer Flügelfläche 2 vorgesehen sind, die eine Fläche des Flügels 101 ist, und eine Vielzahl von Rippen 3, die auf der Flügelfläche 2 vorgesehen sind. Die Strukturen 4 sind so ausgebildet, dass sie aus der Flügelfläche 2 herausragen. Andererseits werden die Rippen 3 so geformt, dass sie von der Flügelfläche 2 vertieft sind. Die Rippen 3 bilden Nuten in Richtung der Strömung F.
Wie in 1 bis 2 dargestellt, werden die Strukturen 4 und die Rippen 3 auf der Flügelfläche 2 gebildet, die einen Strömungskanal 1 bilden, mit der Gefahr, dass sich die Querschnittsfläche eines Strömungskanals in der Flüssigkeits- oder Gasströmung F ändert, um ein Ablösen der Strömung F in der vorliegenden Ausführungsform zu bewirken. Der Strömungskanal 1 ist so ausgebildet, dass sich die Querschnittsfläche des Strömungskanals von stromaufwärts nach stromabwärts der Strömung F ausdehnt und als Diffusor 102 der Fluidvorrichtung 100, die in diesem Fall ein Radialverdichter ist, ausgebildet ist. Der Diffusor 102 ist auf der stromabwärts gerichteten Seite eines Laufrades (nicht dargestellt) angeordnet und wandelt den dynamischen Druck eines vom Ausgang des Laufrades einströmenden Fluids in den statischen Druck um. Der Strömungskanal 1 ist jedoch nicht auf den Diffusor 102 beschränkt, sondern kann ein weiterer Strömungskanal sein, dessen Strömungskanalquerschnittsfläche sich ändert.
Die Flügelfläche 2 ist ein allgemeiner Begriff für eine Unterdruckfläche, die eine Fläche auf der Rückseite in Bezug auf die Drehrichtung des Laufrades (nicht dargestellt) ist, und eine Druckfläche, die eine Fläche auf der gegenüberliegenden Seite ist. Somit sind die Rippen 3 und die Strukturen 4 sowohl auf der Unterdruckfläche als auch auf der Druckfläche des Flügels 101 in diesem Fall vorgesehen, können aber auch auf einer der Flächen vorgesehen sein. Es ist vorzuziehen, dass die Strukturen 4 in einem Bereich (z.B. einem stromaufwärtsseitigen Endbereich der Flügelfläche 2) vorgesehen sind, in dem das Ablösen der durch Experiment oder Flüssigkeitsanalyse erkannten Strömung F wahrscheinlich auftritt und die Rippen 3 ganz oder teilweise in den anderen Bereichen vorgesehen sind. Darüber hinaus sind die Strukturen 4 in einem Bereich vorgesehen, der beispielsweise 2 bis 20% der Flügelfläche 2 entspricht, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt.
Das im Strömungskanal 1 strömende Fluid ist z.B. Luft und seine Strömungsgeschwindigkeit beträgt z.B. 100m/s. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus ist das Material der Flügel 101 und der Strukturen 4 beispielsweise Aluminiummaterial. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Material davon kann ein anderes Metallmaterial als Aluminiummaterial, organisches Material oder anorganisches Material sein.
3 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Struktur 4, die auf der Flügelfläche 2 in der Fluidvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Vielzahl der Strukturen 4 die Strukturen 5 und 6 mit mindestens zwei Arten von konischen Formen.
4(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts 7, der durch Schneiden der Struktur 4 beim Durchgang durch Kopfenden 51 und 61, die Scheitel der Struktur 4 sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zur Strömung F des Fluids verläuft und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet.
Es ist zu beachten, dass in 4(a) auf das Schraffieren des Querschnitts verzichtet wird (das Gleiche gilt für 4(b), 6(a) und 6(b), 8(a) und 8(b), 10(a) und 10(b), 12(a) und 12(b), 14(a) und 14(b), 16(a) und 16(b), 20(b) und 22(b)).
Wie in 4(a) dargestellt, umfasst der erste Querschnitt 7 ein Dreieck mit einer Seite 9, die sich von einem Punkt 8 auf der Flügelfläche 2 zu den Kopfenden 51 und 61 entfernt von der Flügelfläche 2 auf der stromabwärtigen Seite der Strömung F des Fluids erstreckt, und eine Basis 10, die auf der Flügelfläche 2 positioniert ist. Die Seite 9 und die Basis 10 teilen sich den Punkt 8 auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Strömung F. Ein Winkel α, der durch die Basis 10 und die Seite 9 gebildet wird, konfiguriert einen Neigungswinkel der Seite 9 in Bezug auf die Flügelfläche 2.
4(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines zweiten Querschnitts 11, der durch Schneiden der Struktur 4 beim Durchgang durch die Kopfenden 51 und 61 der Struktur 4 durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten wird. Wie in 4(b) dargestellt, umfasst der zweite Querschnitt 11 die Dreiecke 12 und 13 als mindestens zwei Arten von Polygonen, die sich voneinander unterscheiden.
Zwischen zwei Strukturen 5 und 6, die in der Vielzahl der Strukturen 4 benachbart zueinander sind, ist ein Zwischenstrukturströmungskanal 14 gebildet. Weiterhin unterscheidet sich die Oberfläche S1 einer Fläche 53, die ein Teil der Struktur 5 als eine der beiden Strukturen 5 und 6 ist, mit der das im Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt, von der Oberfläche S2 einer Fläche 63, die ein Teil der Struktur 6 ist, wie die andere der beiden Strukturen 5 und 6, mit der das im Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt.
Der zweite in 4(b) dargestellte Querschnitt 11 umfasst die voneinander verschiedenen Dreiecke 12 und 13 mit einem Höhenverhältnis (H2/H1) von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner. Es ist möglich, einen Zustand zu vermeiden, in dem die kleinere Struktur 6 nicht wesentlich vorhanden ist, indem man das Verhältnis auf den unteren Grenzwert oder höher im Bereich setzt. Darüber hinaus kann eine Differenz zwischen der Oberfläche S1 eines Teils in einer Struktur 5 und der Oberfläche S2 eines Teils in der anderen Struktur 6, mit dem das im Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt, durch Einstellen des Verhältnisses auf den oberen Grenzwert oder den unteren Wert im Bereich bemerkenswert werden. Dementsprechend ist es wahrscheinlicher, dass ein Wirbel in einer Grenzschicht nahe der Flügelfläche 2 erzeugt wird, wie später beschrieben wird.
Darüber hinaus ist der Neigungswinkel α der Seite 9 in Bezug auf die Flügelfläche 2 im ersten in 4(a) dargestellten Querschnitt 7 10 Grad oder größer und 45 Grad oder kleiner, vorzugsweise 20 Grad oder größer und 30 Grad oder kleiner. Es ist möglich, eine Aufwärtsströmung 15 (siehe 6) entlang der schrägen Flächen 52 und 62 (siehe 3) entsprechend der Seite 9 effektiv zu erzeugen, indem der Winkel auf den unteren Grenzwert oder größer im Bereich eingestellt wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Strömung F selbst des Fluids durch die als Wehr dienenden schrägen Flächen 52 und 62 durch Einstellen des Winkels auf den oberen Grenzwert oder kleiner im Bereich zu verhindern. Dementsprechend kann der erzeugte Wirbel effektiver in die Hauptstromrichtung getragen werden, wie später beschrieben wird.
5 sind Diagramme zur Darstellung der dritten Querschnitte 31 und 31a, die durch das Schneiden der Rippen 3 und 3a durch eine flache Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten werden. 5(a) zeigt eine Form des dritten Querschnitts 31 gemäß einem Beispiel. Der dritte Querschnitt 31 umfasst eine Vielzahl von Dreiecksnutquerschnitten 32 mit jeweils einer Breite Wr und einer Höhe Hr. 5(b) zeigt eine Form des dritten Querschnitts 31a gemäß einem anderen Beispiel. Der dritte Querschnitt 31a umfasst eine Vielzahl von viereckigen Nutquerschnitten 32a, die jeweils eine Breite Wr und eine Höhe Hr aufweisen. Je nach Konfiguration der Nutquerschnitte 32 und 32a können die Formen der Rippen 3 und 3a vereinfacht werden.
Die Formen der dritten Querschnitte 31 und 31a, die durch das Schneiden der Rippen 3 und 3a durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten werden, sind unabhängig von den Schnittpositionen der Rippen 3 und 3a des Flügels 101 gleich. Darüber hinaus sind die Formen der dritten Querschnitte 31 und 31a nicht auf die 5 beschränkt.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Bilden der Strukturen 4 und der Rippen 3 und 3a auf der Flügelfläche 2 beschrieben.
Die Strukturen 4 und die Rippen 3 und 3a der vorliegenden Ausführungsform können durch Schneidarbeiten gebildet werden. So kann beispielsweise bei den Schneidarbeiten eine hochpräzise Vertikalmaschine eingesetzt werden. Als Werkzeug kann beispielsweise ein Flachfräser aus cBN (Kubisches Bornitrid) verwendet werden. Die Drehzahl des Werkzeugs wird z.B. auf 60000 U/min eingestellt. Die in 3 bis 4 dargestellte Struktur 4 und die in 5 dargestellten Rippen 3 und 3a können durch solche Schneidarbeiten in der Richtung parallel zur Strömung F und in der Richtung senkrecht zur Strömung F erhalten werden. Das Verfahren zum Bilden der Strukturen 4 und der Rippen 3 und 3a ist jedoch nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt.
Als nächstes wird ein Mechanismus, der das Ablösen der Strömung unterdrücken kann, in den 6 beschrieben. 6(a) ist ein Diagramm zur Erklärung der Erzeugung einer Aufwärtsströmung. 6(b) ist ein Diagramm zur Erklärung der Erzeugung eines Wirbels.
Eine Aufwärtsströmung 15, die von der Flügelfläche 2 in die Hauptstromrichtung strömt, wird erzeugt, weil die schrägen Flächen 52 und 62 in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden sind, wie im ersten Querschnitt 7 dargestellt, der parallel zur Strömung F von 6(a) verläuft und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet.
Wenn darüber hinaus eine Differenz zwischen den Höhen H1 und H2 der Dreiecke 12 und 13 besteht, die im zweiten Querschnitt 11 enthalten sind, wie im zweiten Querschnitt 11 senkrecht zur Strömung F von 6(b) dargestellt, tritt eine Differenz zwischen den Oberflächen S1 und S2 der Flächen 53 und 63 auf, mit denen das Fluid von der stromaufwärts gelegenen Seite der Strömung F im Zwischenstrukturströmungskanal 14 gesehen links und rechts in Kontakt kommt. Dadurch wird der Zwischenstrukturströmungskanal 14 auf der linken und rechten Seite von der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung F aus gesehen asymmetrisch, und somit unterscheidet sich die Strömungsgeschwindigkeit zwischen einem Punkt in der Nähe der Fläche 53 und einem Punkt in der Nähe der Fläche 63.
Hier, wenn die Dichte ρ ist, wird Bernoullis Theorem durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt.

[Formel 1] $\frac{ρ}{2} U^{2} + P = k o n s t a n t$
Gemäß der Gleichung (1) wird bei Verringerung der Geschwindigkeit U des Fluids der Druck P erhöht. Somit verursacht die Asymmetrie des Zwischenstrukturströmungskanals 14 eine Druckdifferenz auf der linken und rechten Seite von der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung F betrachtet, ein aufgrund der Druckdifferenz gedrehtes Strömungsfeld 16 wird erzeugt und der Wirbel kann leicht erzeugt werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist die Fluidvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Vielzahl der Strukturen 4 auf, die so ausgebildet sind, dass sie aus der Flügelfläche 2 herausragen. Darüber hinaus weist der erste Querschnitt 7 der Struktur 4, der dadurch erhalten wird, dass er von einer ebenen Fläche geschnitten wird, die parallel zur Strömung F verläuft und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet, die schräge Seite 9 auf, die sich vom Punkt 8 auf der Flügelfläche 2 bis zu den Kopfenden 51 und 61 erstreckt, die von der Flügelfläche 2 auf der stromabwärts gelegenen Seite getrennt sind. Weiterhin wird der Zwischenstrukturströmungskanal 14 zwischen den beiden Strukturen 5 und 6 gebildet, die in der Vielzahl der Strukturen 4 benachbart zueinander sind. Darüber hinaus unterscheidet sich die Oberfläche S1 der Fläche 53 in der Struktur 5 als eine der beiden Strukturen 5 und 6, mit der das im Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt, von der Oberfläche S2 der Fläche 63 in der anderen Struktur 6.
Wie vorstehend beschrieben, haben die Strukturen 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Mechanismus, der einen Wirbel erzeugt, und einen Mechanismus, der den Wirbel in den Hauptstrom trägt. Somit spielt der Wirbel eine Rolle, um einen Impulsaustausch zwischen einer Grenzschicht, die in der Nähe der Flügelfläche 2 gebildet wird, und dem Hauptstrom zu erzeugen. Daher kann eine starke Strömung des Hauptstroms auf eine schwache Strömung der Grenzschicht angewendet werden, und die kinetische Energie der Grenzschicht wird erhöht. Dementsprechend kann das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 weiter unterdrückt werden.
Darüber hinaus kann eine Abnahme des Wirkungsgrads der Fluidvorrichtung 100 und ein Rauschen unterdrückt werden, indem das Ablösen der Strömung F unterdrückt wird.
Das Wesen der Strukturen 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht nämlich darin, dass die schrägen Flächen 52 und 62 in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden sind und es einen Unterschied zwischen den Oberflächen S1 und S2 der Flächen 53 und 63 gibt, mit denen das im Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt.
Darüber hinaus weist bei der vorliegenden Ausführungsform der erste Querschnitt 7 der Struktur 4, der durch das Schneiden mit einer ebenen Fläche erhalten wird, die parallel zur Strömung F verläuft und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet, die Seite 9 auf, deren Neigungswinkel α in Bezug auf die Flügelfläche 2 10 Grad oder größer und 45 Grad oder kleiner, vorzugsweise 20 Grad oder größer und 30 Grad oder kleiner ist. Je nach Konfiguration kann der erzeugte Wirbel durch die Aufwärtsströmung 15 effektiv in die Hauptstromrichtung getragen werden.
Darüber hinaus umfasst der zweite Querschnitt 11, der durch das Schneiden der Struktur 4 beim Durchgang durch die Kopfenden 51 und 61 der Struktur 4 durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten wird, in der vorliegenden Ausführungsform mindestens zwei Arten von Polygonen, die sich voneinander unterscheiden. Dementsprechend kann eine Form, in der sich die Oberfläche S1 der Fläche 53 auf der einen Seite der Struktur 5, mit der das im Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt, von der Oberfläche S2 der Fläche 63 auf der anderen Seite der Struktur 6 unterscheidet, konkret konfiguriert werden kann.
Darüber hinaus weist die Struktur 4 in der vorliegenden Ausführungsform eine konische Form auf. Darüber hinaus umfasst der erste Querschnitt 7 das Dreieck mit der Basis 10 und der zweite Querschnitt 11 umfasst die Dreiecke 12 und 13 mit unterschiedlichen Höhen als mindestens zwei Arten von Dreiecken, die sich voneinander unterscheiden. Je nach Konfiguration kann die Form der Struktur 4 weiter vereinfacht werden.
Darüber hinaus umfasst der zweite Querschnitt 11 in der vorliegenden Ausführungsform die voneinander verschiedenen Dreiecke 12 und 13 mit einem Höhenverhältnis von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner. Je nach Konfiguration kann ein Wirbel in der Grenzschicht nahe der Flügelfläche 2 effektiver erzeugt werden.
Es ist zu beachten, dass die in 3 dargestellte Struktur 4 eine viereckige konische Form mit einer viereckigen Unterseite aufweist. Die Form der Unterseite ist jedoch nicht auf ein Viereck beschränkt, sondern kann eine andere Form wie ein Kreis oder ein Polygon sein.
Weiterhin werden in der vorliegenden Ausführungsform die in 5 dargestellten Rippen 3 und 3a auf der Flügelfläche 2 gebildet. Dementsprechend reduziert sich der Reibungswiderstand der Strömung F in der Flügelfläche 2. Die Nicht-Patentliteratur 1 beschreibt, dass die Breiten Wr und die Höhen Hr der Nutquerschnitte 32 und 32a der Rippen 3 und 3a, durch die der Reibungswiderstand der Strömung F am meisten reduziert werden kann, auf der Grundlage einer Reynoldszahl bestimmt werden. Es ist vorzuziehen, die Breiten Wr und die Höhen Hr der Nutquerschnitte 32 und 32a anhand der Nicht-Patentliteratur 1 zu bestimmen.
Somit kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Reibungswiderstand der Strömung F reduziert werden, während das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 unterdrückt wird.
Es ist zu beachten, dass alle Formen der Rippen 3 und 3a in den folgenden Ausführungsformen gleich denen der ersten Ausführungsform sind, so dass deren Erläuterung entfällt.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf Punkten liegt, die sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform unterscheiden, indem auf 7 bis 8 verwiesen wird, und die Erklärung gemeinsamer Punkte entfällt.
7 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur 4a, die auf einer Flügelfläche 2 in einer Fluidvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform vorgesehen ist. Wie in 7 dargestellt, umfasst eine Vielzahl von Strukturen 4a die Strukturen 5a und 6a mit mindestens zwei Arten von konischen Formen, die sich voneinander unterscheiden.
8(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts 7, der durch Schneiden der Struktur 4a beim Durchgang durch Kopfenden 51 und 61, die Scheitel der Struktur 4a sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung F eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet. 8(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines zweiten Querschnitts 11a, der durch Schneiden der Struktur 4a bei Durchgang durch die Kopfenden 51 und 61 der Struktur 4a durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten wird. Wie in 8(b) dargestellt, umfasst der zweite Querschnitt 11a die Dreiecke 12a und 13a, deren Längen W1 und W2 der Basen 21 und 22 sich als mindestens zwei Arten von Polygonen, die verschieden sind, voneinander unterscheiden.
Selbst in einer solchen Struktur 4a gemäß der zweiten Ausführungsform sind schräge Flächen 52 und 62 in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden, und es besteht ein Unterschied zwischen den Oberflächen S1 und S2 der Flächen 53 und 63, mit denen das in einem Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt. Somit ist es möglich, das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 auch gemäß der zweiten Ausführungsform weiter zu unterdrücken.
Darüber hinaus umfasst der in 8(b) dargestellte zweite Querschnitt 11a in der zweiten Ausführungsform die voneinander verschiedenen Dreiecke 12a und 13a mit den Basen 21 und 22 mit einem Längenverhältnis (W2/W1) von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner. Dementsprechend kann ein Wirbel in einer Grenzschicht in der Nähe der Flügelfläche 2 effektiver erzeugt werden, so dass ein Ablösen der Strömung F von der Flügelfläche 2 verhindert werden kann.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf Punkten liegt, die sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform unterscheiden, indem auf 9 bis 10 verwiesen wird, und die Erklärung gemeinsamer Punkte entfällt.
9 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur 4b, die auf einer Flügelfläche 2 in einer Fluidvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform vorgesehen ist. Wie in 9 dargestellt, umfasst eine Vielzahl von Strukturen 4b die Strukturen 5b und 6b mit mindestens zwei Arten von Kegelstumpfformen, die sich voneinander unterscheiden.
10(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts 7a, der durch Schneiden der Struktur 4b beim Durchgang durch die Kopfendee51a und 61a, die obere Bodenflächen der Struktur 4b sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung F eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet. Wie in 10(a) dargestellt, umfasst der erste Querschnitt 7a ein Viereck mit einer Seite 9a, die sich von einem Punkt 8a auf der Flügelfläche 2 zu den Kopfenden 51a und 61a abseits der Flügelfläche 2 auf der stromabwärts gelegenen Seite der Strömung F des Fluids erstreckt, und eine Basis 10a, die auf der Flügelfläche 2 positioniert ist. Die Seite 9a und die Basis 10a teilen sich den Punkt 8a auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung F. Ein Winkel α, der durch die Basis 10a und die Seite 9a gebildet wird, konfiguriert einen Neigungswinkel der Seite 9a in Bezug auf die Flügelfläche 2. Im ersten Querschnitt 7a ist der Neigungswinkel α der Seite 9a zur Flügelfläche 2 10 Grad oder größer und 45 Grad oder kleiner, vorzugsweise 20 Grad oder größer und 30 Grad oder kleiner. Dementsprechend kann der erzeugte Wirbel effektiver in die Hauptstromrichtung getragen werden.
10(b) ist ein Diagramm zur Darstellung eines zweiten Querschnitts 11b, der durch Schneiden der Struktur 4b beim Durchgang durch die Kopfendee51a und 61a der Struktur 4b durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten wird. Wie in 10(b) dargestellt, umfasst der zweite Querschnitt 11b die Vierecke 12b und 13b, deren Höhen H1 und H2 voneinander als mindestens zwei Arten von Polygonen verschieden sind, die sich voneinander unterscheiden.
Selbst in einer solchen Struktur 4b gemäß der dritten Ausführungsform sind schräge Flächen 52 und 62 in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden, und es besteht ein Unterschied zwischen den Oberflächen S1 und S2 der Flächen 53 und 63, mit denen das in einem Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt. Somit ist es möglich, das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 auch gemäß der dritten Ausführungsform weiter zu unterdrücken.
Darüber hinaus umfasst der in 10(b) dargestellte zweite Querschnitt 11b in der dritten Ausführungsform die voneinander verschiedenen Vierecke 12b und 13b mit einem Höhenverhältnis (H2/H1) von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner. Dementsprechend kann ein Wirbel in einer Grenzschicht nahe der Flügelfläche 2 effektiver erzeugt werden.
Es ist zu beachten, dass die in 9 dargestellte Struktur 4b eine viereckige konische Form mit einer viereckigen oberen Bodenfläche und einer viereckigen unteren Bodenfläche aufweist. Die Formen der oberen Bodenfläche und der unteren Bodenfläche sind jedoch nicht auf ein Viereck beschränkt, sondern können eine andere Form wie ein Kreis oder ein Polygon sein.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Fokus auf andere Punkte als bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform gelegt wird, indem auf 11 auf 12 verwiesen wird, und die Erläuterung gemeinsamer Punkte entfällt.
11 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur 4c, die auf einer Flügelfläche 2 in einer Fluidvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform vorgesehen ist. Wie in 11 dargestellt, umfasst eine Vielzahl von Strukturen 4c die Strukturen 5c und 6c mit mindestens zwei Arten von Kegelstumpfformen, die sich voneinander unterscheiden.
12(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts 7a, der durch Schneiden der Struktur 4c beim Durchgang durch die Kopfenden 51a und 61a, die obere Bodenflächen der Struktur 4c sind, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung F eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet. 12(b) ist ein Diagramm zum Darstellen eines zweiten Querschnitts 11c, der durch Schneiden der Struktur 4c beim Durchgang durch die Kopfenden 51a und 61a der Struktur 4c durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten wird. Wie in 12(b) dargestellt, umfasst der zweite Querschnitt 11c die Vierecke 12c und 13c, deren Längen W1 und W2 der Basen 21a und 22a sich voneinander als mindestens zwei Arten von Polygonen unterscheiden, die sich voneinander unterscheiden.
Selbst in einer solchen Struktur 4c gemäß der vierten Ausführungsform sind schräge Flächen 52 und 62 in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden, und es besteht ein Unterschied zwischen den Oberflächen S1 und S2 der Flächen 53 und 63, mit denen das in einem Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt. Somit ist es möglich, das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 auch gemäß der vierten Ausführungsform weiter zu unterdrücken.
Darüber hinaus umfasst der in 12(b) dargestellte zweite Querschnitt 11c in der vierten Ausführungsform die voneinander verschiedenen Vierecke 12c und 13c mit den Basen 21a und 22a mit einem Längenverhältnis (W2/W1) von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner. Dementsprechend kann ein Wirbel in einer Grenzschicht nahe der Flügelfläche 2 effektiver erzeugt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Fokus auf andere Punkte als bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform gelegt wird, indem auf 13 bis 14 verwiesen wird, und die Erläuterung gemeinsamer Punkte entfällt.
13 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur 4d, die auf einer Flügelfläche 2 in einer Fluidvorrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform vorgesehen ist. Wie in 13 dargestellt, ist die Struktur 4d in einer konischen Form ausgebildet.
14(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts 7, der durch Schneiden der Struktur 4d beim Durchgang durch ein Kopfende 51 erhalten wird, die ein Scheitel der Struktur 4d durch eine ebene Fläche ist, die parallel zu einer Strömung F eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet. 14(b) ist ein Diagramm zur Darstellung eines zweiten Querschnitts 11d, der durch Schneiden der Struktur 4d beim Durchgang durch das Kopfende 51 der Struktur 4d durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten wird. Wie in 14(b) dargestellt, umfasst der zweite Querschnitt 11d ein Polygon, das auf der linken und rechten Seite von der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung F aus gesehen asymmetrisch ist. Insbesondere umfasst der zweite Querschnitt 11d ein Dreieck, dessen Längen L1 und L2 von zwei schrägen Seiten 23 und 24, die sich von den beiden Endpunkten einer Basis 21b erstrecken, voneinander verschieden sind.
Selbst in einer solchen Struktur 4d gemäß der fünften Ausführungsform ist eine schräge Fläche 52 in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden, und es besteht ein Unterschied zwischen den Oberflächen S1 und S2 der Flächen 53 und 63, mit denen das in einem Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt. Somit ist es möglich, das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 auch gemäß der fünften Ausführungsform weiter zu unterdrücken.
Darüber hinaus umfasst der in 14(b) dargestellte zweite Querschnitt 11d in der fünften Ausführungsform die voneinander verschiedenen Dreiecke mit den beiden schrägen Seiten 23 und 24 mit einem Verhältnis (L2/LL) der Längen L1 und L2 von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner. Dementsprechend kann ein Wirbel in einer Grenzschicht nahe der Flügelfläche 2 effektiver erzeugt werden.
(Sechste Ausführungsform)
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf Punkten liegt, die sich von der oben beschriebenen dritten Ausführungsform unterscheiden, indem auf 15 bis 16 verwiesen wird, und die Erklärung gemeinsamer Punkte entfällt.
15 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Struktur 4e, die auf einer Flügelfläche 2 in einer Fluidvorrichtung 100 gemäß der sechsten Ausführungsform vorgesehen ist. Wie in 15 dargestellt, ist die Struktur 4e kegelstumpfförmig ausgebildet.
16(a) ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Querschnitts 7a, der durch Schneiden der Struktur 4e beim Durchgang durch ein Kopfende 51a, das eine obere Unterseite der Struktur 4e ist, durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zu einer Strömung F eines Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche 2 schneidet. 16(b) ist ein Diagramm zur Darstellung eines zweiten Querschnitts 11e, der durch Schneiden der Struktur 4e beim Durchgang durch das Kopfende 51a der Struktur 4e durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F des Fluids erhalten wird. Wie in 16(b) dargestellt, umfasst der zweite Querschnitt 11e ein Polygon, das links und rechts von der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung F betrachtet asymmetrisch ist. Insbesondere umfasst der zweite Querschnitt 11e ein Viereck, dessen Längen L1 und L2 von zwei gegenüberliegenden Seiten 23a und 24a, die sich von den beiden Endpunkten einer Basis 21c erstrecken, unterschiedlich sind.
Selbst in einer solchen Struktur 4e gemäß der sechsten Ausführungsform ist eine schräge Fläche 52 in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden, und es besteht ein Unterschied zwischen den Oberflächen S1 und S2 der Flächen 53 und 63, mit denen das in einem Zwischenstrukturströmungskanal 14 strömende Fluid in Kontakt kommt. Somit ist es möglich, das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 auch gemäß der sechsten Ausführungsform weiter zu unterdrücken.
Darüber hinaus umfasst der in 16(b) dargestellte zweite Querschnitt 11e in der sechsten Ausführungsform die Vierecke, die sich voneinander unterscheiden und die beiden gegenüberliegenden Seiten 23a und 24a mit einem Verhältnis (L2/LL) der Längen L1 und L2 von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner aufweisen. Dementsprechend kann ein Wirbel in einer Grenzschicht nahe der Flügelfläche 2 effektiver erzeugt werden.
(Analyse der Strömung)
Im Folgenden wird ein Effekt, der das Ablösen der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 unterdrücken kann, basierend auf einem Ergebnis einer Fluidanalyse beschrieben. Das folgende Analyseergebnis wird jedoch zur Erklärung einer Wirkung der vorliegenden Erfindung verwendet, und der technische Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf das folgende Analyseergebnis.
17 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer vollständigen Konfiguration eines Analysemodells, das in einer numerischen Fluidanalyse verwendet wird.
Wie in 17 dargestellt, ist ein Analysebereich ein rechteckiger Körper mit 9 mm in x-Richtung, 3 mm in y-Richtung und 5 mm in z-Richtung. Strukturmodelle wurden auf der Unterseite des rechteckigen Körpers angeordnet. Darüber hinaus wurde der Zustand der Strömung F, in dem die Luft in einen Strömungskanal strömte, der durch den rechteckigen Feststoff in x-Richtung repräsentiert wird, durch die numerische Flüssigkeitsanalyse analysiert, um einen Erzeugungsmechanismus einer Aufwärtsströmung und einen Erzeugungsmechanismus eines Wirbels zu untersuchen, der zur Unterdrückung des Ablösens der Strömung F erforderlich ist.
Zunächst wurde ein Erzeugungseffekt der Aufwärtsströmung analysiert. 18 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht zur Darstellung der Strukturmodelle, die zur Analyse des Erzeugungseffekts der Aufwärtsströmung verwendet werden. Jedes der Strukturmodelle ist eine keilförmige Struktur mit einer Höhe H von 0,1 mm, einer Breite W von 0,05 mm und einem Neigungswinkel α. Die Anordnungsintervalle D der Strukturmodelle in y-Richtung waren 0,05 mm. Die Analyse wurde durch Änderung des Neigungswinkel s α durchgeführt. Darüber hinaus wurde die Analyse unter den Bedingungen von Strömungsgeschwindigkeiten von 50 m/s und 100 m/s durchgeführt.
19 ist ein Diagramm, das durch das Auftragen einer Beziehung zwischen dem Neigungswinkel α und einem Durchschnittswert der z-Richtungskomponenten der Strömungsgeschwindigkeit im Analysebereich dargestellt wird. In 19 zeigt die Grafik auf der Oberseite ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 m/s und die Grafik auf der Unterseite ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s.
Wie in 19 dargestellt, wurde festgestellt, dass die z-Richtungskomponenten der Strömungsgeschwindigkeit maximiert wurden und die Erzeugungswirkung der Aufwärtsströmung bei einem Neigungswinkel α von 25 Grad in beiden Fällen von Strömungsgeschwindigkeiten von 50 m/s und 100 m/s am höchsten war. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Neigungswinkel α wünschenswert 10 Grad oder größer und 45 Grad oder kleiner, wünschenswerter 20 Grad oder größer und 30 Grad oder kleiner war, um einen Effekt der Unterdrückung der Ablösung der Strömung F zu verstärken.
Anschließend wurde ein Erzeugungseffekt des Wirbels anhand von zwei Strukturmodellen analysiert. 20(a) ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht zur Darstellung des ersten Strukturmodells zur Analyse der Erzeugungswirkung des Wirbels. 20(b) ist ein Diagramm zur Darstellung eines Querschnitts, der durch Schneiden des Strukturmodells beim Durchgang durch das Kopfende des Strukturmodells durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F erhalten wird. Das in 20 dargestellte Strukturmodell entspricht der ersten Ausführungsform, die in 3 bis 4 dargestellt ist.
Wie in 20(a) dargestellt, wurde im Strukturmodell ein Neigungswinkel α von 27 Grad verwendet, bei dem sich der Erzeugungseffekt der Aufwärtsströmung in der Analyse zeigte. In einem in 20(b) dargestellten Querschnitt wurden Dreiecke mit jeweils einer Höhe H1 und einer Basislänge W1 und Dreiecke mit jeweils einer Höhe H2 und einer Basislänge W2 wechselweise angeordnet. In der Analyse wurde die Analyse unter Änderung des Wertes von H2 unter den Bedingungen von H1=0,1 mm, W1=0,2 mm und W2=0,2 mm durchgeführt. Darüber hinaus wurde die Analyse unter den Bedingungen von Strömungsgeschwindigkeiten von 50 m/s und 100 m/s durchgeführt.
21 sind Diagramme, die durch die Darstellung einer Beziehung zwischen dem Höhenverhältnis (H2/H1) der Dreiecke und einem Mittelwert der yz-Komponenten ω_yz einer Verwirbelung ω (Vektorbetrag) im Analysebereich dargestellt werden. 21 (a) zeigt ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s und 21(b) ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 m/s.
Hier ist ω_yz ein Index, der die Stärke des Wirbels mit einer Achse in Richtung parallel zur Strömung F anzeigt und durch die folgenden Gleichungen (2) und (3) ausgedrückt wird. U in der Gleichung (2) stellt die Geschwindigkeit (Vektorbetrag) des Fluids dar.
[Formel 2] $ω = r o t U$
$ω_{y z} = \sqrt{ω_{y}^{2} + ω_{z}^{2}}$
Wie in 21 dargestellt, wurde festgestellt, dass ω_yz minimiert wurde, wenn die Höhen der Dreiecke gleich waren (H2/H1=1,0) und die Erzeugungswirkung des Wirbels höher wurde, wenn die Höhen der Dreiecke in beiden Fällen von Strömungsgeschwindigkeiten von 50 m/s und 100 m/s voneinander verschieden waren. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das Höhenverhältnis (H2/H1) der Dreiecke wünschenswert 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, wünschenswerter 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner war, um einen Effekt der Verhinderung des Ablösens der Strömung F zu verstärken.
22(a) ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht zur Darstellung des zweiten Strukturmodells zur Analyse des Erzeugungseffekts des Wirbels. 22(b) ist ein Diagramm zur Darstellung eines Querschnitts, der durch Schneiden des Strukturmodells beim Durchgang durch das Kopfende des Strukturmodells durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung F erhalten wird. Das in 22 dargestellte Strukturmodell entspricht der in 7 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsform.
Wie in 22(a) dargestellt, wurde im Strukturmodell ein Neigungswinkel α von 27 Grad verwendet, bei dem sich der Erzeugungseffekt der Aufwärtsströmung in der Analyse zeigte. In einem in 22(b) dargestellten Querschnitt wurden Dreiecke mit jeweils einer Höhe H1 und einer Basislänge W1 und Dreiecke mit jeweils einer Höhe H2 und einer Basislänge W2 wechselweise angeordnet. In der Analyse wurde die Analyse unter Änderung des Wertes von W2 unter den Bedingungen von H1=0,1 mm, W1=0,2 mm und H2=0,1 mm durchgeführt. Darüber hinaus wurde die Analyse unter den Bedingungen von Strömungsgeschwindigkeiten von 50 m/s und 100 m/s durchgeführt.
23 sind Diagramme, die durch das Auftragen einer Beziehung zwischen dem Basislängenverhältnis (W2/W1) der Dreiecke und einem Durchschnittswert der yz-Komponenten ω_yz einer Verwirbelung ω im Analysebereich dargestellt werden. 23(a) zeigt ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s und 23(b) zeigt ein Analyseergebnis bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 m/s.
Wie in 23 dargestellt, wurde festgestellt, dass ω_yz minimiert wurde, wenn die Basislängen der Dreiecke gleich waren (W2/W1=1,0) und die Erzeugungswirkung des Wirbels höher wurde, wenn die Basislängen der Dreiecke in beiden Fällen von Strömungsgeschwindigkeiten von 50 m/s und 100 m/s voneinander verschieden waren. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das Basislängenverhältnis (W2/W1) der Dreiecke wünschenswert 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner, wünschenswerter 0,1 oder größer und 0,3 oder kleiner war, um einen Effekt der Verhinderung des Ablösens der Strömung F zu verstärken.
In der Analyse wurde die Analyse unter Verwendung spezifischer Dimensionen, Formen und Bedingungen durchgeführt. Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht jedoch darin, dass die schrägen Flächen in Bezug auf die Richtung parallel zur Strömung F vorhanden sind und es einen Unterschied zwischen den Oberflächen der Teile (Flächen) gibt, mit denen das im Zwischenstrukturströmungskanal strömende Fluid wie oben beschrieben in Kontakt kommt. Somit ist es auch bei Änderung der Abmessungen, der Anzahl und der Intervalle der zu installierenden Strukturen oder der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases möglich, einen Effekt zu erzielen, der das Ablösen der Strömung F unterdrückt.
So ist beispielsweise die Anzahl der Strukturen 4 und 4a bis 4e, die in den oben beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsformen auf der Flügelfläche 2 geformt dargestellt sind, nicht begrenzt. Darüber hinaus wurde die oben beschriebene Analyse in zwei Fällen durchgeführt, in denen die Strömungsgeschwindigkeiten 50 m/s und 100 m/s betrugen, und die Analyseergebnisse wurden mit unterschiedlichen Reynoldszahlen erzielt. Infolgedessen war die vorliegende Erfindung wirksam, um einen Effekt der Unterdrückung der Ablösung der Strömung F in jedem Analyseergebnis zu verstärken. Somit gilt es als wirksam, die Ablösung der Strömung F auch bei einer anderen Strömungsgeschwindigkeit zu unterdrücken.
(Druckmessung)
Im Folgenden wird ein Verbesserungseffekt einer Pumpgrenze (nachfolgend beschrieben) und ein reduzierender Effekt des Reibungswiderstands der Strömung F in der Fluidvorrichtung 100 auf der Grundlage eines Druckmessversuchs beschrieben. Das folgende Versuchsergebnis wird jedoch zur Erklärung einer Wirkung der vorliegenden Erfindung verwendet, und der technische Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf das folgende Versuchsergebnis.
Erstens wurde das Druckmessungsexperiment im Strömungskanal 1 des Diffusors 102 mit den Flügeln 101 des in 1 gezeigten Diffusors 102 ohne die in der vorliegenden Erfindung charakterisierten Strukturen und die Flügel 101 mit den Strukturen durchgeführt, die der in 7 bis 8 gezeigten zweiten Ausführungsform entsprechen. Die Formen der im Experiment verwendeten Strukturen waren identisch mit 22 und entsprechen der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Experiment wurde unter den Bedingungen von H1=0,1 mm, W1=0,2 mm, H2=0,1 mm, W2=0,1 mm und α=27 Grad durchgeführt. Es wurden jedoch keine Rippen vorgesehen.
Im Experiment wurde ein Laufrad auf der Innenseite des Diffusors 102 in radialer Richtung vorgesehen und das Laufrad mit 45000 U/min gedreht.
24 sind Diagramme der Ergebnisse der Druckmessung. Die horizontale Achse stellt einen Durchfluss Q dar, und die vertikale Achse stellt eine Druckdifferenz δP (=PB-PA) dar, die eine Differenz zwischen dem Druck (PA) einer Messstelle A, die auf der stromaufwärts gerichteten Seite der in 1 dargestellten Strömung F angeordnet ist, und dem Druck (PB) einer Messstelle B, die auf der stromabwärts gerichteten Seite der Strömung F angeordnet ist. Sowohl die vertikale Achse als auch die horizontale Achse sind standardisiert und werden mit dem Wert am Auslegungspunkt als 1 angezeigt. 24(a) ist eine Grafik, die den Bereich des Durchflusses Q von 0,4 bis 1,0 darstellt, und 24(b) ist eine Grafik, die den Bereich des Durchflusses Q von 0 bis 2,0 darstellt.
Wie in 24(a) dargestellt, wird δP auf Q=0,75 maximiert und δP auf Q=0,58 im Falle des Diffusors ohne die Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche, also der Flügelfläche 101, reduziert. Das heißt, die Geschwindigkeit wird auf der Seite des niedrigen Durchflusses reduziert. Andererseits wird δP bei Q=0,58 nicht reduziert und die Geschwindigkeit beim Diffusor mit den Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche nicht reduziert. Der Bereich des Durchflusses von Q=1, das ist der Auslegungspunkt bis zu dem Punkt, an dem δP maximiert ist, ist der Bereich, in dem die Vorrichtung stabil betrieben wird, und der Bereich wird als Pumpgrenze bezeichnet. In 24(a) stellt M1 eine Pumpgrenze in dem Fall ohne die Strukturen und M2 eine Pumpgrenze in dem Fall mit den Strukturen dar. Es wurde festgestellt, dass das Ablösen unterdrückt und die Pumpgrenze vorteilhaft verbessert wurde, indem die Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche bereitgestellt wurden.
Darüber hinaus kann aus 24(b) verstanden werden, dass der Wert von δP im Falle des Diffusors mit den Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche im Vergleich zum Diffusor ohne die Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche generell klein ist. Insbesondere ist der Wert von δP des Diffusors mit den Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche um 6% bei Q=1,5 kleiner, wobei der Durchfluss im Vergleich zum Diffusor ohne die Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche 2 hoch ist. Dies bedeutet, dass der Reibungswiderstand der Strömung F erhöht und der Druckanstieg im Diffusor reduziert wurde, indem die Strukturen auf der Flügelfläche bereitgestellt wurden.
Anschließend wurde ein ähnlicher Druckmessversuch im Diffusor durchgeführt, bei dem die Rippen zusätzlich zu den im vorstehend beschriebenen Versuch verwendeten Strukturen auf der Flügelfläche bereitgestellt wurden. Die Querschnittsformen der Rippen sind identisch mit 5(a), Wr ist 0,056mm und Hr ist 0,056mm.
25 ist eine Grafik der Ergebnisse der Druckmessung. Die horizontale Achse stellt einen Durchfluss Q dar, und die vertikale Achse stellt ein Verhältnis ((δP_s+r- δP_s)/δP_s) einer Erhöhung der Druckdifferenz δP (δP_s+r) bei Vorhandensein der Strukturen und der Rippen auf der Flügelfläche zur Druckdifferenz δP (δP_s) bei Vorhandensein nur der Strukturen auf der Flügelfläche dar.
Wie in 25 dargestellt, ist der Wert von δP des Diffusors mit den Strukturen und den Rippen der vorliegenden Erfindung groß und bei Q=1,5 um 15% oder mehr besonders größer als der Diffusor mit nur den Strukturen der vorliegenden Erfindung auf der Flügelfläche. Dies bedeutet, dass der Reibungswiderstand der Strömung F verringert und die Druckerhöhungsrate im Diffusor erhöht wurde, indem die der Rippen auf der Flügelfläche bereitgestellt wurden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend auf der Grundlage der Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und enthält verschiedene modifizierte Beispiele. So wurden beispielsweise die oben beschriebenen Ausführungsformen detailliert beschrieben, um die vorliegende Erfindung leicht zu verstehen, und sind nicht unbedingt auf diejenigen beschränkt, die alle oben beschriebenen Konfigurationen beinhalten. Andere Konfigurationen der oben beschriebenen Ausführungsformen können hinzugefügt, gelöscht oder durch einen Teil der Konfigurationen der Ausführungsformen ersetzt werden.
So wurde beispielsweise der Radialverdichter in den oben beschriebenen Ausführungsformen als Fluidvorrichtung beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann im Allgemeinen auf eine Fluidvorrichtung angewendet werden, die ein Fluid verwendet, wie beispielsweise einen Zentrifugalverdichter, einen Staubsauger oder eine Klimaanlage.
Darüber hinaus wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Fall beschrieben, in dem die Strukturen und die Rippen auf der Flügelfläche des Diffusors vorgesehen sind, auf den die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Strukturen und die Rippen können auf einer Flügelfläche vorgesehen werden, auf der ein Fluid in anderen verschiedenen Elementen, wie beispielsweise einem Laufrad, strömt.
Bezugszeichenliste

1: Strömungskanal
2: Flügelfläche
3, 3a: Rippen
4, 4a bis 4e: Struktur
5, 5a bis 5c: Struktur
6, 6a bis 6c: Struktur
7, 7a: erster Querschnitt
8, 8a: Punkt
9, 9a: Seite
10, 10a: Basis
11, 11a bis 11e: zweiter Querschnitt
12, 13, 12a, 13a: Dreieck
12b, 13b, 12c, 12c, 13c: Viereck
14: Zwischenstrukturströmungskanal
15: Aufwärtsströmung
16: rotierendes Strömungsfeld
21, 22, 21a, 22a, 21b, 21c: Basis
23, 24: schräge Seite
23a, 24a: gegenüberliegende Seite
31, 31a: dritter Querschnitt
32: Dreiecksnutenquerschnitt
32a: Vierecknutquerschnitt
51, 61: Scheitel (Kopfende)
51a, 61a: obere Unterseite (Kopfende)
52, 62: schräge Fläche
53, 63: Fläche (Teil)
100: Fluidvorrichtung
101: Flügel
102: Diffusor
S1,S2: Oberfläche
α: Neigungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004524502 [0010]
JP 2005525497 [0010]

Claims

Fluidvorrichtung, umfassend: eine Vielzahl von Flügeln, zwischen denen ein Fluid strömt; eine Vielzahl von Strukturen, die auf einer Flügelfläche vorgesehen sind, die eine Fläche jedes Flügels ist, und die in einer Form ausgebildet sind, die aus der Flügelfläche herausragt, und eine Vielzahl von Rippen, die auf der Flügelfläche vorgesehen sind und in einer von der Flügelfläche vertieften Form ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass, ein erster Querschnitt, der durch Schneiden der Struktur beim Durchgang durch ein Kopfende der Struktur durch eine ebene Fläche erhalten wird, die parallel zur Strömung des Fluids ist und sich senkrecht mit der Flügelfläche schneidet, eine Seite aufweist, die sich von einem Punkt auf der Flügelfläche zu einem Punkt abseits der Flügelfläche auf der stromabwärts gelegenen Seite der Strömung des Fluids erstreckt, ein Zwischenstrukturströmungskanal zwischen zwei benachbarten Strukturen aus der Vielzahl von Strukturen gebildet wird, und die Fläche eines Teils in einer der beiden Strukturen und die Fläche eines Teils in der anderen, mit der das im Zwischenstrukturströmungskanal strömende Fluid in Kontakt kommt, voneinander verschieden sind.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Seite zur Flügelfläche 10 Grad oder größer und 45 Grad oder kleiner ist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Querschnitt, der durch Schneiden der Struktur beim Durchgang durch ein Kopfende der Struktur durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung des Fluids erhalten wird, mindestens zwei Arten von Polygonen aufweist, die sich voneinander unterscheiden.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur in einer konischen Form ausgebildet ist, der erste Querschnitt ein Dreieck mit einer Basis umfasst, die sich einen Punkt auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Strömung mit der Seite teilt, der Neigungswinkel der Seite in Bezug auf die Flügelfläche ein Winkel ist, der durch die Basis und die Seite gebildet wird, und der zweite Querschnitt mindestens zwei Arten von Dreiecken umfasst, die sich voneinander unterscheiden.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Querschnitt Dreiecke umfasst, die ein Höhenverhältnis von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner aufweisen und sich voneinander unterscheiden.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Querschnitt Dreiecke umfasst, die ein Basislängenverhältnis von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner aufweisen und sich voneinander unterscheiden.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Querschnitt, der durch Schneiden der Rippe durch eine ebene Fläche senkrecht zur Strömung des Fluids erhalten wird, einen dreieckigen Nutquerschnitt aufweist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Querschnitt, der durch das Schneiden der Rippe durch die ebene Fläche senkrecht zur Strömung des Fluids erhalten wird, einen viereckigen Nutquerschnitt aufweist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur in einer Kegelstumpfform ausgebildet ist, der erste Querschnitt ein Viereck mit einer Basis umfasst, die sich einen Punkt auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung mit der Seite teilt, der Neigungswinkel der Seite in Bezug auf die Flügelfläche ein Winkel ist, der durch die Basis und die Seite gebildet wird, und der zweite Querschnitt mindestens zwei Arten von Vierecken umfasst, die sich voneinander unterscheiden.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Querschnitt Vierecke umfasst, die ein Höhenverhältnis von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner aufweisen und sich voneinander unterscheiden.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Querschnitt Vierecke umfasst, die ein Basislängenverhältnis von 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner aufweisen und sich voneinander unterscheiden.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Querschnitt, der durch Schneiden der Struktur beim Durchgang durch das Kopfende der Struktur durch die ebene Fläche senkrecht zur Strömung des Fluids erhalten wird, ein asymmetrisches Polygon umfasst.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur in einer konischen Form ausgebildet ist, der erste Querschnitt ein Dreieck mit einer Basis umfasst, die sich einen Punkt auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung mit der Seite teilt, der Neigungswinkel der Seite in Bezug auf die Flügelfläche ein Winkel ist, der durch die Basis und die Seite gebildet wird, und der zweite Querschnitt ein Dreieck umfasst, dessen Längen von zwei schrägen Seiten, die sich von beiden Endpunkten einer Basis erstrecken, voneinander verschieden sind.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis der beiden schrägen Seiten 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner ist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur in einer Kegelstumpfform ausgebildet ist, der erste Querschnitt ein Viereck mit einer Basis umfasst, die sich einen Punkt auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Strömung mit der Seite teilt, der Neigungswinkel der Seite in Bezug auf die Flügelfläche ein Winkel ist, der durch die Basis und die Seite gebildet wird, und der zweite Querschnitt ein Viereck umfasst, dessen Längen von zwei gegenüberliegenden Seiten, die sich von beiden Endpunkten einer Basis erstrecken, voneinander verschieden sind.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis der beiden gegenüberliegenden Seiten 0,1 oder größer und 0,6 oder kleiner ist.