2018 Fiscal Year Annual Research Report
データ同化による複雑内部流れ場の非定常三次元流動診断技術の高度化
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18H01373
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
古川 雅人 九州大学, 工学研究院, 教授 (30181449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 英男 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70362275)
山田 和豊 岩手大学, 理工学部, 准教授 (00344622)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 内部流れ / CFD / EFD / データ同化 / ターボ機械 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，データ同化手法を用いて実験流体力学(EFD：Experimental Fluid Dynamics)と計算流体力学(CFD：Computational Fluid Dynamics)とが真に融合したEFD／CFD同化解析手法を構築することにより，実用問題における複雑な非定常三次元内部流動の高度診断技術を新たに創出することを目的とする．
そこで本研究では，変分法に基づいて任意のEFD（計測）データをCFD計算に真に同化することにより，EFD（計測）で得られた実条件の影響を考慮した実流動現象の再現を可能にするEFD／CFD同化解析手法をまず定式化した．具体的には，CFD解析モデル（流れの基礎方程式）と計測データの差異を評価関数とし，拘束条件としてCFD解析モデルを設定した変分問題から導出される随伴方程式に基づいて，任意のEFD（計測）データとCFD計算との融合手法を定式化した．
また，本手法の適用対象として遷音速圧縮機を取り上げ，その翼列流れにおける失速現象を支配する三次元はく離に着目して，先ずは大規模なCFD解析（DES解析およびLES解析）を行うことにより，適用対象の遷音速圧縮機翼列で発生する三次元はく離の流れ構造および非定常挙動を詳細に調べた．
さらに，CFD解析に同化するためのEFDデータを収集するために，翼列流れの失速点近傍の作動点に対して感圧塗料による壁面圧力計測（PSP壁面圧力計測）を適用することにより，CFD解析との親和性に優れたEFDデータを取得するとともに，圧縮機の失速後に管路系も含めたシステム全体で発生する振動現象としてのサージ現象に着目して，高応答圧力センサによりサージ発生時の非定常圧力データを取得した．
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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
実験流体力学(EFD)と計算流体力学(CFD)との融合したEFD／CFD同化解析手法として，変分法に基づいて任意のEFDデータをCFD計算に真に同化するための融合手法を定式化するとともに，同化対象である圧縮機における失速およびサージ現象について，大規模なCFD解析から流れ場を支配するメカニズムを把握し，CFD計算に同化するためのEFDデータも実験により既に取得できている．以上から，おおむね順調な進捗が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
変分法に基づいたEFD／CFD同化解析手法の基本的な定式化が完了したことから，そのプログラミング化および並列化を今後進める．
また，本手法の適用対象としている遷音速圧縮機について，EFD解析とCFD解析のいずれも容易でない問題としてサージ現象を取り上げ，本EFD／CFD同化解析手法を適用する準備に取りかかる．具体的には，高応答圧力センサおよび感圧塗料（PSP）を用いて得られた非定常圧力データ，ならびに感温塗料（TSP）を用いて得られた非定常温度データをCFD計算に同化することによって，サージ発生時の質量流量の時間変化を同定するとともに，圧力波の伝播過程を明らかにする．
以上により，EFD解析とCFD解析の単独適用では把握することが極めて困難であったサージ発生時の非定常流れ挙動を解明する．
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