2019 Fiscal Year Annual Research Report
Optimization of Thermal Shield Performance and Heat Transfer Enhancement on Dimpled Surface by Using Cooling-Flow Pulsation
| Project/Area Number |
17K06188
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
|---|
Principal Investigator |
村田 章 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60239522)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | フィルム冷却 / 脈動流 / 伝熱促進 / ガスタービン翼 / ディンプル / 非定常法 / 流れの可視化 / LES |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
フィルム冷却はガスタービン翼表面への空気膜形成により高温燃焼ガスからの熱流入を遮蔽する高熱効率化に必須の技術である．特に翼後縁部は，薄さのために内部冷却が困難な部位であり，そこでのフィルム冷却では，熱遮蔽性能を維持したままでカットバック面の積極的な冷却（伝熱促進）が要求される．本研究では新たに冷却流の脈動化を利用して性能向上を図った．伝熱計測，PTV計測，LES・DNS解析を脈動パラメータとカットバック面形状を変化させて行うことで，最適脈動パラメータ，最適カットバック面形状の決定とその熱遮蔽冷却原理の説明を行った．
伝熱実験での作動流体は空気であり，固体内３次元熱伝導を考慮した非定常法によって，フィルム冷却効率と熱伝達率の同時計測を行った．主流レイノルズ数25,000，ブロー比0.5～1.25とした．脈動冷却流はスピーカーで形成した．
PTV計測実験での作動流体は水であり，直径50μmの樹脂粒子で流れを可視化し，高速度ビデオカメラ２台で撮影した．YLFレーザからシート光を照射し，連続時刻間での粒子位置追跡から速度場を算出した．脈動冷却流はゴム管をレシプロモータで変形させて形成した．伝熱実験にパラメータを合わせて速度３成分計測を行った．
LES・DNS解析での流路形状は実験と同一であり，非構造格子での有限体積法を用いた．
脈動周波数は各ブロー比における定常冷却流での渦発生周波数で規格化したストローハル数比を0.33～1.5と変化させた．流速振幅は1～10%とした．実験に先行してストローハル数比と流速振幅を変化させた平滑カットバック面での計算を行い，ストローハル数比が無理数√2で最も性能向上することを確認した．実験でもディンプル面を含め同様の傾向を示し，ストローハル数比１以外の場合に定常冷却流に比べてフィルム冷却効率は増加し，正味熱流束低減率の増加が確認された．
|
