JP5262297B2

JP5262297B2 - 整流装置

Info

Publication number: JP5262297B2
Application number: JP2008139094A
Authority: JP
Inventors: 正義上甲; 修寺島; 俊男菅野; 正良坂本
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: JP2009287994A

Description

本発明は、送風機および流路からなる風洞試験装置において、流路内の流速分布を均一化させるために設置される、整流装置に関する。

近年の日本の産業界における重要な課題は省エネルギー製品の開発であり、自動車、鉄道、航空機の開発に際して利用される風洞試験装置にも、風洞試験装置運転時の省エネルギーが求められている。このため、送風機および流路からなる風洞試験装置の省エネルギー実現に向け、流路内における圧力損失の低減による送風機消費電力の低減を実現しなければならない。

風洞試験装置の流路において圧力損失の低減が求められる箇所の一つに、流路内の流速分布を均一化するために設けられる、整流装置が挙げられる。整流装置の代表的なものとしては、図１２に示す板に多数の穴を設けて製作する多孔板や、図１３に示す多数の金属線を織り合せて作る金網などがあるが、これら整流装置は圧力損失が大きいことが知られている。

このような、圧力損失の大きい多孔板や金網を用いないで流路内の流速分布を均一化する手法として、特許文献１（実用新案登録第２５９１１５６号）が提案されている。

特許文献１には、多孔板や金網を用いずに流路内の流速分布を均一化する手法として、複数の薄型算盤玉状の抵抗素子と、それらを支持する支持棒を流路内に備えた風洞試験装置が記載されている。特許文献１に記載の整流装置は、支持棒に取り付ける薄型算盤玉状抵抗素子により渦を発生させ、その拡散効果により整流装置下流での流速分布の均一化を図っている。

この特許文献１に記載の整流装置は、支持棒に沿って移動可能であるため薄型算盤玉状抵抗素子の数が必要最低限で済むことや、その薄型算盤玉状抵抗素子を最適な位置に容易に設置できること。また、角柱背後でのカルマン渦列の形成を防止するためのネジを角柱に設け、送風機運転時の整流装置周辺部騒音の低減を図っていることが特徴である。

実用新案登録第２５９１１５６号公報

前記背景技術のうち特許文献１に記載の薄型算盤玉状抵抗素子を使用した場合、抵抗素子の角部が少ないため抵抗素子により生じる渦が少なく、抵抗素子下流での整流効果が小さい。また、薄型算盤玉状抵抗素子は、支持棒の長手方向に直角な断面（風の流れ方向の断面）が長方形に近い形状となっているため、風の流れ方向の圧力損失が大きい上、抵抗素子により導入される渦は支持棒の長手方向の中心軸を持つ渦が支配的となり、支持棒の長手方向の左右へ渦を散らす拡散効果が弱く、支持棒の長手方向への流速分布の均一効果が低い。

上記の課題を踏まえると、抵抗素子を用いた整流装置としては、（１）発生渦量の増加、（２）発生渦の中心軸方向の分散、（３）圧力損失の低減の３点を図ることが望ましい。

従って本発明は、発生渦量が多く、発生渦の中心軸方向が一方向に集中せず、圧力損失が低い抵抗素子を用いた整流装置を提供することを目的とする。

本発明は、送風機および流路からなる風洞試験装置に設置され、流路内の流速分布を均一化させる整流装置において、前記流路に流れ方向に鉛直方向の長さＤと流れ方向の長さｄをもつ八面体からなり、風の流れ方向断面を菱形とする抵抗素子を複数個を設けると共に、前記抵抗素子を前記流路の内壁に支持する支持棒を設け、前記八面体の抵抗素子の長さＤとｄが、前記流路内の流速分布が速い箇所では遅い箇所に比べて大きく設定されていることを特徴とする。

また、前記抵抗素子の八面体の頂点が流路内の流れ方向に沿うように配置されていることを特徴とする。また、前記抵抗素子は前記流路の内壁に対して回転可能に前記支持棒に支持されていることを特徴とする。

本発明は上記のように構成されているため、抵抗素子での発生渦量が多く、発生渦の渦中心軸方向が一方向に集中せず，流速分布が均一となり，なおかつ抵抗素子が流路を塞ぐ割合が低く，その稜線が緩やかな傾斜を持つ形状となっているため，整流装置での圧力損失を低くすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図５は本発明による整流装置の実施例１を示す図であり、図１は本発明による整流装置を取り付けた風洞試験装置の全体図、図２は風洞試験装置の全体平面図、図３は風洞試験装置の整流装置が取り付けられた部分の拡大斜視図、図４は風洞試験装置の整流装置が取り付けられた部分の流路流れ方向視点図の拡大図、図５は整流装置の風の流れ方向に沿った抵抗素子の断面図である。図１〜図５中の、１は送風機モータ、２は送風機翼、３は風洞試験装置流路、４は偏流翼、５は八面体からなる抵抗素子、６は抵抗素子５の支持棒、Ｄは八面体素子５の鉛直方向長さ、ｄは八面体抵抗素子５の流れ方向の長さをそれぞれ表している。抵抗素子５と支持棒６は一体的に形成されても良く、別体でも良い。

風洞試験装置運転時には図１〜図３、図５中の矢印に示す流れ方向に風速約２０〜３０ｍ／秒の空気が流れるが、この時の風洞試験装置流路３の出口における従来の流速分布を図６に示す。図６の横軸は、矢印方向への流速（ｍ／ｓ）、縦軸は風洞試験装置流路３の出口下端から上方への距離を表している。図６から分かるように、従来は風洞試験装置流路３出口では、流路中央で流速が小さく流速分布の均一性が悪い。本整流装置では、この流速分布の均一性を高めることを狙っている。

本実施例の構成によれば、抵抗素子５を八面体に構成したことにより、抵抗素子５の角部を増やして発生渦量の増加を図ると共に、八面体の風の流れ方向断面を菱形とすることで抵抗素子５の三次元性を高めて、発生渦の発生方向を多方向として渦中心軸の偏りをなくして、流速分布の均一性を高めることができる。また、抵抗素子５の八面体の稜線の交わる複数の角部の対となる両側の角部５ａが流路内の風の流れ方向に沿うように配置されて、抵抗素子５の風の流れ方向の断面積変化率が緩やとなるため、抵抗素子における風の圧力損失を低減することができる。

なお、抵抗素子支持棒６は、円柱、楕円柱、角柱などが望ましい。また、八面体の抵抗素子５に、図７に示すように風の流れ方向に沿った切欠き７を設けても良い。このように構成することにより、切欠き７付近でより複雑な多方向の渦を発生させることことができるので、流速分布の均一性を高めるのに役立つ。

図８、図９は本発明による整流装置の実施例２を示す図であり、図８は風洞試験装置の整流装置が取り付けられた部分の拡大斜視図、図９は風洞試験装置の整流装置が取り付けられた部分の流路流れ方向視点図の拡大図である。図８、図９において図１〜図５に示した符号と同一のものは同一部材を示すものである。

本実施例では、八面体抵抗素子５の鉛直長さＤと流れ方向長さｄを、全て同一のものとせず、八面体素子５の設置位置に合わせて変化させている。本構成によれば、流路内の流速分布の中で流速の速い位置には八面体素子の鉛直長さＤ、流れ方向長さｄが大きいもの（断面積が大きいもの）を、流速の遅い位置には八面体素子の鉛直長さＤ、流れ方向長さｄが小さいもの（断面積が小さいもの）を設置することで効率良く整流することができる。

即ち、前記八面体抵抗素子５の流路内の流れ方向への投影断面積が、流路内の流速分布が速い箇所では、流路内の流速分布が遅い箇所に比べて大きくなるように設定して、流れの抵抗を大きくすることにより流速分布が遅い箇所の流速に近づけることを可能とし、整流装置下流での流速分布の均一化を図ることができる。

図１０は本発明による整流装置の実施例３を示す図であり、整流装置の風の流れ方向に沿った断面図である。図１０において、図１〜図５に示した符号と同一のものは同一部材を示すものである。

本実施例では、抵抗素子支持棒６が流路の内壁面に回転機構（図示せず）を介して接合され、支持棒６と共に八面体抵抗素子５を回転させる構成となっている。本構成によれば、八面体抵抗素子５にて発生する渦の強度が最大（渦の多方向性）となるように調整することが可能となり、抵抗素子５の下流での渦の拡散効果を強めることができる。その結果、整流装置下流での流速分布の均一化を図ることができる。

図１０（ａ）は抵抗素子５が図５に示される位置にある状態で回転角度０度を示し、（ｂ）はこの位置から４５度半時計回りに回転した状態を示し、同様に（ｃ）は９０度、（ｄ）は１３５度に回転した状態を示す。抵抗素子５の鉛直長さＤと流れ方向長さｄの関係をｄ＞Ｄとした場合、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）と比べ、それぞれ八面体の位置と傾斜角度が異なるため、渦の発生方向が種々異なると共に、流れ抵抗が異なることになる。また、この渦の発生方向と流れ抵抗は、隣接する抵抗素子５相互の角度により複雑に影響しあうことになる。実際には、整粒装置の下流での風速分布を見ながら、ほぼ均一分布になる最適な位置に回転角度を調整することになる。

なお、抵抗素子支持棒６の回転方向は、図１０に示した回転方向と逆向きでも良い。また、３６０度回転させずに、４５度回転させた時点で４５度逆方向に回転させる、といった具合に、ある回転角度の範囲内で回転させても良い。また本回転を与える為の可動装置を具備しておいても良い。

以下では、本発明の効果の確認のために行った、風洞試験装置の縮尺模型試験結果について示す。なお、本試験においては実施例２の構成で試験を行った。

図１１に、風洞試験装置の縮尺模型を用いて試験を行った際の、流路出口下流における流速測定結果を示す。流速の測定を行ったのは、高さが流路出口中央位置で、幅が流路出口左端から流路出口右端にかけてである。図１１の縦軸は流速（ｍ／ｓ）、横軸は流路出口左端からの距離（ｍ）を表し、白丸が本発明によるもの、黒四角が公知技術（金網）によるものを示す。図１１により、本発明の効果は流速の速い箇所（図１１中Ａ）、遅い箇所（図１１中Ｂ）で顕著に表れていることが分かり、特に流速の遅い箇所（図１１中Ｂ）での効果が大きい。実際には、流路出口が複数個並べて使用されるので、図１１の左右の端部は隣の流路出口の吹き出し空気と重なるので、流速がより均一となる。

また、この時の整流装置の圧力損失は、公知技術（金網）に比べて半分程度となっており、低圧力損失で整流効果を高めることができていることが確認された。

本整流装置の設置対象となる風洞試験装置の全体図である。本発明の実施例１の風洞試験装置の全体平面図である。同じく整流装置が取付けられた部分の拡大斜視図である。同じく整流装置が取付けられた部分の流路流れ方向視点図の拡大図である。同じく整流装置の風の流れ方向に沿った断面図である。風洞試験装置流路出口における流速分布である。八面体素子に切欠きを設けた場合の八面体素子の斜視図である。本発明の実施例２の整流装置が取り付けられた部分の拡大斜視図である。同じく整流装置が取付けられた部分の流路流れ方向視点図の拡大図である。本発明の実施例３の整流装置の風の流れ方向に沿った断面図である。風洞試験装置模型の流路出口における流速分布の説明図である。整流装置の従来技術である多孔板の斜視図である。整流装置の従来技術である金網の斜視図である。

符号の説明

１…送風機モータ、２…送風機翼、３…風洞試験装置流路、４…偏流翼、５…八面体抵抗素子、６…抵抗素子支持棒、７…切欠き、Ｄ…八面体素子の鉛直方向長さ、ｄ…八面体素子の流れ方向長さ。

Claims

送風機および流路からなる風洞試験装置に設置され、流路内の流速分布を均一化させる整流装置において、前記流路に流れ方向に鉛直方向の長さＤと流れ方向の長さｄをもつ八面体からなり、風の流れ方向断面を菱形とする抵抗素子を複数個を設けると共に、前記抵抗素子を前記流路の内壁に支持する支持棒を設け、前記八面体の抵抗素子の長さＤとｄが、前記流路内の流速分布が速い箇所では遅い箇所に比べて大きく設定されていることを特徴とする整流装置。
請求項１に記載の整流装置において、前記抵抗素子の八面体の角部が流路内の風の流れ方向に沿うように配置されていることを特徴とする整流装置。
請求項１または２に記載の整流装置において、前記抵抗素子は前記流路の内壁に対して回転可能に前記支持棒に支持されていることを特徴とする整流装置。