Development of Modeling and Multi-Physics Predicition Methods for Particulate Deposition in Jet Engine

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04200
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60100:Computational science-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Yamamoto Makoto 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (20230584)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 正也 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (40548161) ; 福留 功二 東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (70710698) ; 福島 直哉 東海大学, 工学部, 講師 (80585240) ; 守 裕也 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (80706383)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 計算力学 / 粒子付着現象 / ジェットエンジン / マルチフィジックス / モデル化

Outline of Final Research Achievements

Particles sucked into a jet engine melt when passing through a combustor with a temperature close to 2000[K], and when they collide with the walls of turbine blades and casings, they solidify on the walls and form an adhesion layer. This phenomenon is called deposition, and it has fatal effects on jet engines, such as a significant decrease in the aerodynamic performance of turbine blades and melting of wall surfaces due to clogging of cooling holes. In the present study, we developed a new high-accuracy particle deposition model based on basic experiments and first principles. The deposition model was implemented in the deposition code that we have developed for several years. We have attempted to numerically elucidate the mechanism of the deposition phenomenon and the deposition characteristics under extremely high temperature environment.

Free Research Field

数値流体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、ジェットエンジンにおける粒子付着現象を普遍的に再現できる粒子付着モデルおよびマルチフィジックスCFDシミュレーション手法が確立され、部分的ではあるが、ジェットエンジンの様々な運転条件下での粒子付着現象のメカニズムと特性が明らかになった。したがって、耐粒子付着性に優れたタービンを設計・開発することが可能となり、将来、より安全なジェットエンジンの開発に大きく寄与できるものと期待できる。さらに、この計算手法は、ジェットエンジンだけでなく、ボイラー等の熱交換器、溶射コーティング、スプレー塗装など、他の多数の工業プロセスに対しても発展的に適用可能であり、工業的に大きな貢献が期待できる。