2021 Fiscal Year Annual Research Report
自動車用ターボチャージャの脈動流下における損失発生機構の解明
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19K04177
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
宮川 和芳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30623673)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 揚平 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (80822452) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ターボチャージャ / タービン / コンプレッサ / 非定常性能 / 脈動流 / 内部流れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、自動車エンジンの熱効率向上に資するターボチャージャの高効率化も行われている。エンジン給排気バルブの影響により、ターボチャージャは脈動流下で稼働されるために、定常流下とは異なった特性を示す。2019年度は、タービン、コンプレッサの脈動流下での挙動を明らかにするために、ターボチャージャ試験装置を用いタービン、コンプレッサのそれぞれの性能を評価した。また、非定常流動解析により、実験を補間した。2020年度は、非定常流要素試験装置の構築、計測により基礎的な流れに対する流れの応答を把握した。また、タービン、コンプレッサ試験装置を用いて詳細な内部流れの計測を実施した。2021年度は、タービンノズルの隙間の性能に与える影響を定常流下と脈動流下で明らかにした他、従来の実験、解析結果を利用した非定常損失を考慮したターボチャージャ０次元モデルの構築を図り、性能予測の精度向上を図った。このモデルを使用することで既存のマップを参照する方法では考慮できない非定常損失の考慮が可能となり、エンジンシミュレーションの精度向上を図ることができた。また、2020年度に引き続き2021年度においも、非定常流下の損失の傾向を掴むために、要素的な試験装置を用いて詳細な検討を行った。要素試験装置の供試体として流れ方向に面積が線形に変化する角ディフューザを使用し、まず定常流下の実験にて実験結果とCFD結果の良く一致していることを確認した。また、CFD解析にて加速流、減速流を境界条件として与えた場合の損失の傾向を調査し、ディフューザ流路において加速流では定常流下と比較して損失が減少すること、減速流では損失が増加することを明らかにした。
本研究では脈動流下におけるターボチャージャの内部流れから損失メカニズムを分析し、精度の高いモデル化を図った。本研究により脈動流下でのターボチャージャ性能の精度良い予測を可能となった。
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| Remarks |
（受賞1）Best Paper Award: Yohei Nakamura, The 15th Asian International Conference on Fluid Machinery, Busan, September 2019
（受賞2）ターボ機械協会技術賞，宮川和芳，中村揚平，森吉泰生，窪山達也，田畑正和，ターボ機械協会総会講演会、2019年5月、東京
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