複雑流れ場における非定常三次元渦構造の解明とその制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305014
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 井上 雅弘 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (90037903)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 和雄 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (00150491) ; 古川 雅人 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (30181449)
• Keywords: 複雑流れ / 渦流れ / はく離 / 失速 / 大規模渦構造 / 流れのコントロール / ターボ機械

Research Abstract

複雑な内部流れ場における大規模渦の三次元構造および非定常挙動を解明し,その制御を試みることを企図して,本年度は,回転流れ場試験装置を用いて前年度に捕らえられた軸流圧縮機動翼列における旋回失速の初生プロセスに対して,ケーシング面上に多数敷設された高応答圧力センサーにより,動翼列先端部の非定常圧力場を詳細に計測することによって,はく離流れを支配する複雑な渦構造の非定常挙動を実験的に解析した.また,供試動翼列の全周流れに対して,非定常RANS解析を実施することにより,実験で得ることのできない旋回失速初生時における動翼列内の非定常三次元渦流れ構造を詳細に調べた.
その結果,失速点近傍では翼端漏れ渦がスパイラル形の崩壊を起こし,翼間内を大きく自励振動すること,この崩壊に伴う自励振動は翼端漏れ渦とケーシング面の間欠的な干渉を引き起こすこと,この翼端漏れ渦とケーシング面の干渉は動翼の回転方向とは逆に翼間内を伝播することが明らかにされた.また,翼端すき間が大きくなると,スパイラル形の渦崩壊を伴った翼端漏れ渦が翼負圧面と干渉する結果,翼負圧面とケーシング面に足をもった竜巻状のはく離渦が形成されること,この竜巻状はく離渦は翼間内を周方向に伝播すること,この伝播に伴うケーシング面圧力の変動が従来の実験で捉えられていた旋回不安定擾乱に対応することが示された.さらに,上述の失速点近傍における竜巻状のはく離渦は発生・消滅を繰り返すこと,その発生・消滅の過程において流れ変動の周波数と波長が大きく変化することが明らかにされた.

Research Products

• [Publications] 吉田進一: "軸流圧縮機の旋回失速成長過程における大・小スケール擾乱の挙動"日本機械学会論文集, B編. 68巻665号. 108-114 (2002)
• [Publications] 張春晩: "高比速度斜流ポンプ羽根車の翼先端流れ場の三次元構造"ターボ機械. 30巻2号. 82-90 (2002)
• [Publications] Masahiro INOUE: "Short and Long Length-Scale Disturbances Leading to Rotating Stall in an Axial Compressor Stage with Different Stator-Rotor Gaps"Transactions of ASME, journal of Turbomachinery. Vol. 124 No. 3. 376-384 (2002)
• [Publications] Masahiro INOUE: "physics of Tip Clearance Flow in Turbomachinery"Proc. of 2002 ASME Joint US-European Fluids Engineering Conference. FEDSM 2002-31207(CD-ROM). (2002)
• [Publications] Kazutoyo YAMADA: "Numerical Analysis of Rotating Stall Inception in an Axial Compressor Rotor"Proc. of the 5th JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 1597-1602 (2002)