2014 Fiscal Year Annual Research Report
リング型プラズマアクチュエータを用いたタービン翼列先端漏れ流れの能動制御
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26289040
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
瀬川 武彦 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (50357315)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松沼 孝幸 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (40358031)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマアクチュエータ / 誘電体バリア放電 / 漏れ流れ / タービン / 環状翼列 / 流体制御 / 漏れ渦 / 流れの可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、タービン翼列先端隙間2次元モデル及び3次元モデルのケーシング部内壁にリング型プラズマアクチュエータを設置し、隙間間隔、電極間隔、印加電圧に対する漏れ流れの制御効果を検証することを目的とする。タービン翼先端2次元モデルとケーシング部内壁に設置可能なリング型プラズマアクチュエータを構築するため、絶縁被覆電線を用いた多線電極プラズマアクチュエータを試作し、2次元シート状レーザーによる漏れ流れの可視化を行った。粒子画像速度測定法（PIV）を用いてタービン翼先端2次元モデル近傍の空間速度分布を解析した結果、漏れ流れを効率的に抑制するための印加電圧条件を見出した。また、サファイアガラス基板上にITO薄膜をクシバ状にパターニングし、誘電体バリア放電の可視化を行った結果、印加電圧の変化に伴って誘電体バリア放電の空間分布や発光強度が変化し、漏れ流れ抑制効果と相関があることが明らかになった。また、プラズマアクチュエータの耐久性向上のため、セラミック製リング型プラズマアクチュエータの2次元モデルの試作に成功した。タービン翼先端3次元モデルの構築に向けては、環状翼列タービンとケーシングの間に誘電体バリア放電を誘起するための構造を検討し、絶縁被覆電線の全周配置を行うための治具開発を行った。全周配置では、絶縁被覆電線をタービン回転軸と同軸に固定するため、タービン翼弦に対する配置角度が一定になる。よって、2次元モデルで検証している配置角度最適化条件を反映することが困難であるとともに、絶縁被覆電線が破損した場合にリング型プラズマアクチュエータ全体を交換する必要がある。一方、セクター化では全周配置の問題を解決できる3次元治具構造の設計に成功し、漏れ流れ性能評価試験に向けた基礎データの取得を開始している。
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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
タービン翼先端2次元モデルでは、印加電圧条件が漏れ流れに与える制御効果が明らかになっており、今後展開する直線翼列や3次元モデルにおける制御効果検証試験に向けた基礎データが蓄積されつつある。今後実施する性能評価試験ではプラズマアクチュエータを長時間連続で駆動するため、耐久性の向上が必要不可欠であるが、樹脂製絶縁層の劣化を抑制するための知見やセラミック化による対策技術が順調に進んでいる。漏れ流れ3次元モデルでは、アクチュエータの配置方向の多様化や耐久性向上が技術課題であったが、セクター化を行うための治具開発が進んでおり、この後の研究計画に対して十分なレベルに達していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
漏れ流れ2次元モデル及び3次元モデルにおいて、ブレード後流の渦構造を可視化し、PIVを用いた空間速度分布解析から漏れ流れ抑制効果を定量的に解析する。漏れ流れ2次元モデルでは、絶縁被覆電線や多線透明電極付プラズマアクチュエータを用いた場合に、電極の配置方向や分割された高電圧印加電極の選択により、翼先端面における漏れ流れ空間速度分布や漏れ渦の強度の違いに応じた制御を行い、漏れ流れの挙動と制御効果の関係を明らかにする。また、プラズマアクチュエータの配置様式の多様化に加え、タービン先端面の面取りや凹凸構造等の形状の多様化が漏れ流れ抑制効果に与える影響を評価し、3次元モデルにおける検証実験に向けた基礎データを継続的に蓄積する。漏れ流れ3次元モデルでは、本年度から開発を開始したセクター化を進め、長時間の評価試験においても耐久性を有するリング型プラズアクチュエータを開発する。また、駆動電源の多チャンネル化を進め、リング型プラズマアクチュエータの作動パターンを多様化することで漏れ流れ抑制効果を最大化する条件を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
研究代表者が設計したリング型プラズマアクチュエータの試作において、予定ではテクニカルスタッフの雇用による試作補助で対応する予定であったが、より早期に試作品を評価する必要があったため、外注による試作に切り替えた。ただし、外注による試作費用（が予想より安価で調達できたため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度は、リング型プラズマアクチュエータによる漏れ流れ抑制効果を検証するための実験だけなく、アクチュエータのセクター化に伴う治具開発が本格化するため、実験補助及び試作作業補助のためにテクニカルスタッフの雇用が必要不可欠である。また、性能評価試験を行う上で、プラズマアクチュエータをより長時間連続駆動する必要があることが明らかになったため、耐久性を向上させるための対策技術として本使用額を活用する。
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Research Products
(2 results)
