2014 Fiscal Year Annual Research Report
マルチフィジックスCFDによる圧縮機におけるアイスクリスタル着氷現象の数値的解明
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25286101
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山本 誠 東京理科大学, 工学部, 教授 (20230584)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | シミュレーション工学 / 航空宇宙工学 / 流体工学 / マルチフィジックス / 着氷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
着氷は，空気中に含まれる過冷却水滴が壁面に衝突して過冷却状態が解除され，壁面に氷層を形成する現象である．風力タービン，発電用ガスタービン，航空機，ジェットエンジン等においては，空力性能の大幅な低下や剥離した氷片による機械内部の物理的損傷など，致命的な影響を及ぼすことが知られている．特に，最近発見された“アイスクリスタル”と呼ばれる着氷現象は，主流静温が30℃程度の高温で生じ，その発生メカニズムが不明な状況にあり，ジェットエンジンの設計・運転上の大きな障害・技術課題となっている．本研究では，アイスクリスタル着氷に対して物理モデルを構築し，これを申請者が開発してきたマルチフィジックス着氷予測コードへ実装することにより，多段圧縮機において発生するアイスクリスタル着氷現象を数値的に解明し，合わせて，多段圧縮機におけるアイスクリスタル対策に関する流体力学的知見および設計指針を提供することを研究目的とする．平成26年度は，平成25年度に開発したアイスクリスタル着氷モデルを多段圧縮機コードに実装し，プログラムの並列化を行った．次いで，開発したコードを多段圧縮機用の翼に適用し，多段圧縮機翼におけるアイスクリスタル着氷現象を再現・調査し，アイスクリスタル着氷が発生する物理的メカニズム（発生プロセス，発生条件等）の解明を試みた．また，アイスクリスタル着氷による多段圧縮機翼の流体力学的性能変化を明らかにした．
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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
アイスクリスタル着氷を再現するための物理モデル（着氷モデル）および数値計算手法の開発が完了し、ジェットエンジンの圧縮機翼を数値計算できたという点で、概ね計画通りに研究が進んでいるといえる。また、アイスクリスタル着氷の基本的な着氷プロセスの再現が実現し、圧縮機翼の着氷プロセスに関する現象論的理解が深まった点で、新たな工学的な価値を生み出せたものと考えている。実際の多段圧縮機の数値計算を実施するまでには至っていないが、開発したアイスクリスタル着氷コードを用いて平成27年度に多段圧縮機の数値計算を実施する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は，パラメータ・スタディを実施することにより，多段圧縮機におけるアイスクリスタル着氷の特性を明らかにする予定である。これまでに開発したアイスクリスタル着氷コードを適用するだけであるため、本研究遂行上の大きな障害はないと思われる。平成27年度中に、耐アイスクリスタル着氷性に優れた多段圧縮機に関する設計指針を提供するとともに、ジェットエンジンにおけるアイスクリスタル着氷の全体像を解明したい。
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