Multiphysics of aerosol. condensation, and detachment in flows of gas turbine compressor

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01241
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19010:Fluid engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Yamamoto Satoru 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (90192799)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮澤 弘法 東北大学, 情報科学研究科, 助教 (20844335) ; 古澤 卓 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (80637710)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 数値流体力学 / 数理モデル / 凝縮 / 付着 / ガスタービン

Outline of Final Research Achievements

A mathematical model governing multiphysics flows associated with evaporation, condensation, and adhesion phenomena of moist air containing aerosols in the atmosphere was developed. This model was applied to a moist-air flow in an industrial gas turbine compressor (GTC), and the influence of the GTC flow accompanied by the phenomenon on the performance was clarified. Furthermore, the model was applied to the moist-air flow of GTC operating under partial-load condition and an aircraft GTC with boundary layer ingestion. These research works were published in the International Journal of Heat and Mass Transfer, as well as at the ASME Turbo Expo international conference in 2022 and 2023.

Free Research Field

計算数理科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

再生可能エネルギーの導入に伴い、天候の変化による電力負荷変動が問題になっている。現在、この負荷変動を火力発電所のガスタービンが部分負荷運転により、平滑化している。ところが、本来設計条件で運用すべきガスタービンの出力を落として非設計状態である低流量状態で運転しているため、ガスタービン圧縮機の翼に想定外の負荷がかかり、翼が欠損することが報告されている。さらには大気中の湿度や入口噴霧が予想以上に影響を与えていることが示唆されている。本研究で開発した数理モデルにより、その蒸発・凝縮・付着現象を伴うマルチフィジックス熱流動を解明することが期待される。