Active Control of Tip Clearance Flow on Turbine Blade by Ring-type Plasma Actuator

• Project/Area Number: 26289040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: SEGAWA Takehiko 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (50357315)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松沼 孝幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40358031)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2015: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2014: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: プラズマアクチュエータ / 誘電体バリア放電 / タービン / 翼列 / 漏れ流れ / 流体制御 / 流れの可視化 / 圧力損失 / 漏れ渦 / 流体工学 / 省エネルギー / 制御工学 / 先端機能デバイス / 環状翼列

Outline of Final Research Achievements

Ring-type plasma actuators utilizing dielectric barrier discharge were developed in order to carry out active control of the tip leakage flow in turbine rotors. The strength of two-dimensional leakage flow was changed by adjusting the tip clearance of a flat plate inserted into the wind tunnel test section. As a result of PIV analysis for evaluating effects of tip shapes of the flat plate, it was found that the effect for mitigating the leak flow is improved when the shape of the entrance and exit edge of tip surface is symmetrical. Active control of the tip leakage flow of linear and annular turbine cascades were also conducted by ring-type plasma actuators made of silicone print-circuit board. The tip leakage flow and the tip and hub passage vortices were reduced under lower Reynolds number.

Research Products

• [Journal Article] リング型プラズマアクチュエータを用いたタービン翼列の漏れ流れ制御における先端エッジ形状の影響 (2017)
  • Author(s): 松沼孝幸，瀬川武彦
  • Journal Title: 日本ガスタービン学会誌 Volume: 45 Pages: 163-169
  • NAID: 40021219503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] リング型プラズマアクチュエータによるタービン動翼の漏れ流れ制御に向けた平板基礎実験と消費電力測定 (2016)
  • Author(s): 松沼孝幸，瀬川武彦
  • Journal Title: 日本ガスタービン学会誌 Volume: 44 Pages: 408-414
  • NAID: 40020967940
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 表面に段差のないフレキシブルプラズマアクチュエータの性能評価 (2017)
  • Author(s): 瀬川武彦，松沼孝幸，廣瀬伸吾
  • Organizer: 日本機械学会2017年度年次大会
• [Presentation] Effects of Tip Clearance Size on Active Control of Turbine Tip Clearance Flow Using Ring-type DBD Plasma Actuators (2017)
  • Author(s): Takayuki Matsunuma, Takehiko Segawa
  • Organizer: 17th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (ISROMAC 17)
• [Presentation] リング型プラズマアクチュエータを用いた遠心圧縮機における漏れ流れ抑制効果の検証 (2016)
  • Author(s): 大橋俊之，石川仁，瀬川武彦，松沼孝幸
  • Organizer: 第44回日本ガスタービン学会定期講演会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2016-10-25
• [Presentation] コーティング技術を用いたプラズマアクチュエータの開発 (2016)
  • Author(s): 瀬川武彦，松沼孝幸
  • Organizer: 日本機械学会2016年度年次大会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-11
• [Presentation] 流体機械への実装に向けたプラズマアクチュエータの開発 (2015)
  • Author(s): 鈴木大樹、藤野貴康、松沼孝幸、瀬川武彦
  • Organizer: 日本機械学会流体工学部門プラズマアクチュエータ研究会第3回シンポジウム
  • Place of Presentation: 鳥取大学鳥取キャンパス（鳥取県鳥取市）
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] リング型プラズマアクチュエータを用いたタービン翼列の漏れ流れ制御における翼先端形状の影響 (2015)
  • Author(s): 松沼孝幸、瀬川武彦
  • Organizer: 第 43 回日本ガスタービン学会定期講演会
  • Place of Presentation: 米子コンベンションセンター（鳥取県米子市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] リング型プラズマアクチュエータを用いたタービン翼列チップクリアランス流れ制御における壁面温度計測 (2014)
  • Author(s): 松沼孝幸、瀬川武彦
  • Organizer: 日本機械学会2014年度年次大会
  • Place of Presentation: 東京電機大学
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Presentation] Influences of Tip Leakage Flow Velocity on Active Control Using a Two-Dimensional Model of Ring-Type Plasma Actuator (2014)
  • Author(s): Takayuki Matsunuma, Takehiko Segawa
  • Organizer: Asian Congress on Gas Turbines 2014 (ACGT2014)
  • Place of Presentation: Seoul National University
  • Year and Date: 2014-08-19
• [Patent(Industrial Property Rights)] リング型プラズマアクチュエータの先端形状 (2015)
  • Inventor(s): 松沼孝幸、瀬川武彦
  • Industrial Property Rights Holder: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-177086
  • Filing Date: 2015-09-07