2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Hybrid Particle/Grid-Based Icing Simulation Code Applicable to Jet Engine
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16H03918
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山本 誠 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (20230584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
守 裕也 東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (80706383)
福島 直哉 東海大学, 工学部, 特任講師 (80585240)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 計算力学 / マルチフィジックス / 着氷シミュレーション / ハイブリッド法 / ジェットエンジン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は，開発した着氷モデルをアイスクリスタル着氷に対応できるように改造する．アイスクリスタル着氷に関する実験データは文献等に公開されていないため，現象を基本的な素過程に分解し，各素過程に対して検証を実施する．想定している素過程としては，氷の融解を伴わない低温気体中の氷粒子の飛行挙動，融解を伴う高温気体中の氷粒子の飛行挙動，氷粒子の壁面衝突挙動，融解により表面に液膜を有する氷粒子の壁面衝突挙動である．これらの素過程を再現できるモデル化を行うことにより，アイスクリスタル現象を物理的に妥当に再現可能な着氷モデルが構築された．
次に，粒子・格子ハイブリッド着氷予測コードにこのアイスクリスタル着氷モデルを実装した．また、多段圧縮機におけるアイスクリスタル着氷の計算は，複雑な幾何形状および多数の氷粒子を取り扱うため，最低でも500万点以上の格子点数が必要となるため，コードの並列化を実施し，現実的な計算時間で解が得られるように工夫した．
最後に，開発したコードをジェットエンジンの多段圧縮機に適用し，多段圧縮機におけるアイスクリスタル着氷の再現を行った．計算条件としては，GE90エンジンを想定し、飛行高度を6000～10000m、大気温度249.2～223.3℃、氷粒直径50～800μmにおいてファンから高圧圧縮機にかけて氷粒の溶融状態を再現し、圧縮機のどの部分でアイスクリスタル着氷が発生するのかを明らかにした。次いで、もっともアイスクリスタル着氷の発生の可能性が高いと判断された高度8000m、氷粒直径100μm、IWC7g/m^3の条件で、低圧圧縮機第3段静翼におけるアイスクリスタル着氷の氷層形成プロセスが再現された。以上、平成29年度の研究により、アイスクリスタル着氷モデルが実機圧縮機内の着氷現象を物理的に妥当に再現できるのかを確認することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、ジェットエンジン内の高温環境で発生するアイスクリスタル着氷のモデル化、実際のジェットエンジンへのモデルの適用、それによるアイスクリスタル現象の解明を目的としている。平成28、29年度の研究により、アイスクリスタル着氷のモデル化が完了し、ジェットエンジンへの適用に成功した段階にある。平成30年度は、開発したモデルを用いて、より多くの運転条件におけるアイスクリスタル着氷を再現することにより、最終目的であるアイスクリスタル着氷の現象解明に取り組む予定である。したがって、研究の進捗状況は概ね順調であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、これまでに開発したアイスクリスタル着氷モデルを用い、より多くのジェットエンジン運転条件におけるアイスクリスタル着氷を再現する。得られた結果を詳細に検証することにより、本研究の最終目的であるアイスクリスタル着氷の現象解明に取り組む予定である。
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