2019 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on Development of High-Efficient and Reliable Cooling Flow Control Devices under a Realistic Gas Turbine Environment
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17K06138
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
船崎 健一 岩手大学, 理工学部, 教授 (00219081)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ガスタービン / 冷却タービン翼 / フィルム冷却 / 最適化 / 数値解析 / ＰＳＰ計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CO2排出の少ないガスタービンエンジンへの期待が高まっている中、本研究ではこれまでの経験、知見、技術的蓄積を活かしながら，実用環境下におけるフィルム冷却制御デバイスの高効率化及び高信頼性に資する調査と新たなデバイス開発を目的としている。これまでの研究の結果として、フィルム冷却効率を大幅に向上させるデバイス形状や配置をタグチメソッドなどの最適化手法の導入により探索することに成功したが、一方でデバイスから生成される縦渦が大きく、低吹き出し比で性能を発揮しにくいことや、空力損失増加が大きいこといった課題も明らかになった。また、デバイス自身への熱負荷軽減も重要な課題となっていた。これらの課題解決のため、多目的タグチメソッドを新たに導入し、低空力損失でありながらDFCD並のフィルム冷却効率向上が得られ、かつデバイス自身の熱負荷軽減が可能なＶ字デバイスの探索を行った。目的関数は、「冷却孔下流壁面のフィルム冷却効率」、「全圧損失係数」及び「デバイスのフィルム冷却効率」の３指標を、影響度の平準化を行いつつ、重み付き平均により単一の目的関数とした。目的関数の算定には主としてRANSによる数値解析を用い、その検証にはPSP（感圧塗料法）を用いた。
探索されたデバイスにより、DFCDよりも高い冷却孔下流壁面のフィルム冷却効率及びNHFRの向上を得るとともに、全圧損失係数の低減が確認され、研究の狙いである高性能なV字デバイスの探索にほぼ成功した。ただし、大流入角時にはデバイスが二つに分離しているDFCDが高性能を発揮している。大流入角条件は特殊の条件でもあり、通常の流動条件下ではV字デバイスは卓越したデバイスである．
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