2015 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した．
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，アイスクリスタル着氷の特性を明らかにし，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ことを目的とした．まず，アイスクリスタル着氷の物理特性を解明しつつ圧縮機への流入条件を確定するために，単一氷塊がジェットエンジンに吸い込まれていく過程でどのように融解していくのかを数値計算した．これにより，大気温度，氷の大気含有率，氷粒の直径等をパラメータとして，多段圧縮機の各段に流入する際の氷粒の溶融状態が明らかになった．次いで，圧縮機の設計点を仮定して，着氷によって時間とともにどのように圧縮機性能が低下して行くのかを解析し，5秒間程度の着氷で数％の性能低下が生じることを明らかにした．なお，当初目標としていたパラメータ・スタディは，計算時間の関係で一部しか実施できなかった．
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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