2014 Fiscal Year Research-status Report
ロバスト流れ制御デバイスによる革新的フィルム冷却機構に関する研究
| Project/Area Number |
26420098
|
|---|
| Research Institution | Iwate University |
|---|
Principal Investigator |
船崎 健一 岩手大学, 工学部, 教授 (00219081)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | フィルム冷却 / 流れ制御 / 実験 / ＣＦＤ / 最適化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
はじめに、平板モデルに単純な半回転体形状の流れ制御デバイスを取り付け、その流れ制御効果を、フィルム効率に関する実験と数値解析によって明らかにし、この流れ制御デバイスの効果をＬＤＶなどで観察し、加えて伝熱性能と空力性能を調査することで、デバイス設置後の方が優れた伝熱性能を示すことを示した。また、流れ制御デバイス下流側に発生する剥離領域が、特に流れ制御のメカニズムとして重要であることを明らかにした。
続いて、平板モデルにDouble Flow Control Device(DFCD)と呼ばれる流れ制御デバイスを取り付けた時の効果を、実験と数値解析によって明らかにした。このDFCDは冷却孔に対して2つの流れ制御デバイスを取り付けたものであり、高い性能を示す流れ制御デバイスの1つであることが確認された。DFCDを取り付けることにより、従来の冷却機構よりも数倍の冷却性能を示すことを明らかにしており、単純円筒型の冷却孔にDFCDを取り付けるだけでなく、Shaped holeにDFCDを取り付けることにより、更なるフィルム効率向上が実現できることを示した。また、主流の流入角がDFCDに対して与える影響を調査している。
このような、発見的な流れ制御デバイス探索の取り組みをより合理的な手法により最適化することを試みた。最適化手法そのものの信頼性評価を試みた。最適化手法にはタグチメソッドを用いている。即ち、実験的手法と数値解析的手法で最適化を同時に行うことで、最適解の信頼性を観察しており、数値解析で得られた最適解が実験と一致することを示している。また、流入角に対してロバストなデザインを得るために、タグチメソッドの動特性を用いることで最適化を実施した。これにより、流入角や、吹き出す二次空気の流量条件の双方に対してロバストなDFCD形状を探索できることを示している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度は主に平板試験に関する以下の研究を行う予定であった。
(１)制御デバイスの複数化、複合化による高機能化 ①突起型デバイスの複数化とその効果の調査（実験、CFD） ②ディンプルの効果の調査（CFD、実験）
(２)流れ制御デバイスのロバスト性調査 ①流れ角効果の調査（実験、CFD）②入口境界層厚さ効果の調査（CFD、実験） ③主流乱れ効果の調査（実験）
(３)耐久性確保に関する新技術の考案調査 ①デバイス冷却の調査（CFD、実験）②冷却孔の多列化調査（CFD、実験）
上記の項目については、年度内に概ね着手することができ、多くの成果を挙げることができた。それらの成果は、今年度の各種学会での講演会や論文投稿として公表していく予定である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度以降の取組の大きな方向性としては、平板を対象とした実験及び数値計算によるデバイスのロバスト性、耐久性向上に加え多目的最適化を行うことを推し進めるとともに、デバイスの翼列への応用に着手する。具体的には以下の項目に取組む。
（１）多目的最適化による空力性能、冷却性能の向上①タグチメソッドによる多目的最適化手法の確立と実施（CFD） 主に、配置（一部形状）の最適化に利用 ②応答曲面法による部分的多目的最適化実施（CFD）主に形状の最適化に利用 ③流れ制御デバイス形状、配置の選定（CFD、実験）
（２）複合型デバイス付き冷却翼の設計（フローネットワークによる1次元設計）
（３）複合型デバイス付き冷却翼まわりの流れ解析 ①空力・冷却性能流れ解析（汎用コードANSYS使用予定、非構造格子または重合格子）
（４）複合型デバイス付き冷却翼の空力・冷却性能計測 ①空力性能翼列試験 ②冷却性能試験
|
