2017 Fiscal Year Annual Research Report
Co-existing Behavior of Surge and Rotating Stall Using Shock Tube and Windmill Characteristics in an Axial-Flow Compressor
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15K05811
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
太田 有 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50211793)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ターボ機械 / 軸流圧縮機 / 部分流量特性 / 旋回失速 / サージング / ウインドミル特性 / 損失発生機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度にあたる平成29(2017)年度は，軸流圧縮機のウインドミル状態における動静翼列内での損失発生機構に研究の焦点を当て，実験計測と数値解析を実施した．
圧縮機への流入流量が次第に増加すると，動翼が流体に対して仕事を行う圧縮機状態から，流体から動力を受けとるウインドミル状態へと変化する．本研究では，動翼列の正味仕事が相殺されるFree-Windmill状態と，完全にウインドミル駆動されているHighly-Loaded Windmill状態に注目し，それぞれの場合の損失発生メカニズムを調査した．
Windmill状態における動翼で発生する主な損失構造は，以下の２つと考えられる．①動翼への負の入射角に起因する正圧面側の剥離渦であり，この渦はHub壁面上に足を持ちスパン方向に巻き上がる渦と，翼端前縁を起点として発達する渦の２つから構成されており，互いに干渉することで損失コアを形成する．②前縁での強い負の入射角に依存して，前縁近傍の翼端部では負圧面側から正圧面側への漏れ流れが存在する一方，後縁近傍では逆に正圧面側から負圧面側への漏れ流れが存在する．これらの漏れの影響により，翼端隙間部で大きな損失が発生する．
一方，静翼では，負の入射角に起因する正圧面側の剥離渦が全スパンで発生し，翼面全体を覆うほど大規模に成長する．このため動翼より静翼での損失の方が大きい．剥離流れに起因して正圧面スパン方向に軸を持つ非定常渦が形成され，翼間流路を移流する．この非定常挙動は動翼後流の影響を受けており，以下の4つの過程に分類できる．①動翼後流の流入による入射角の回復により剥離渦が形成される過程．②入射角の負の増大に伴い，剥離渦がスパン方向に成長・拡大する過程．③次の剥離渦の影響を受け，静翼後縁側へと移流する過程．そして最後に④翼端側から渦が減衰しつつ，静翼下流へと放出される過程である．
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