2016 Fiscal Year Annual Research Report
Heat Transfer Enhancement without Deteriorating Thermal Shield Performance by Using Dimples
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26420136
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
村田 章 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60239522)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フィルム冷却 / 伝熱促進 / ガスタービン翼 / ディンプル / 非定常法 / 流れの可視化 / LES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フィルム冷却はガスタービン翼表面への空気膜形成により高温燃焼ガスからの熱流入を遮蔽する高熱効率化に必須の技術である．特に翼後縁部は，両面からの熱負荷が非常に高いがその薄さのために内部冷却が困難な部位であるので，片側壁を除去したカットバック形状を採用している．そこでのフィルム冷却では，熱遮蔽性能を維持したままでカットバック面の積極的な冷却（伝熱促進）が要求される．これは従来とは異なる制約条件下での新たな伝熱促進問題となる．本研究は，伝熱計測，PTV乱流計測，LES・DNS数値解析により，最適粗面形状の提案とその熱遮蔽冷却原理の説明を行う．
伝熱実験では，固体内３次元熱伝導を考慮した非定常法によって，フィルム冷却効率と熱伝達率の同時計測を行った．ティアドロップディンプル面全体を角度0～75度で回転させた実験では30度でヌセルト数と正味熱流束低減率（NHFR）が最大となった．さらに配列の影響を調べるために回転角度とは独立に千鳥・碁盤目配列を構成して実験を行い，30度碁盤目配列でヌセルト数とNHFRが最大となった．
PTV計測実験では高速度カメラ２台でのステレオPTV計測を幅方向５断面で行った．30度碁盤目配列は千鳥配列に比べ流れの剥離が抑制され，それが伝熱促進の理由であることを明らかにした．
LES・DNS解析結果は実験結果との一致をみた．また，単純化した系で調べるために二平板間内部流でのティアドロップディンプル面の計算も行った．
最終年度には検証実験とこれまでのデータの解析を行った．またLES解析にて二平板間内部流ディンプル面での傾斜角度と配列の影響を調べ，フィルム流の結果との相関関係を調査した．さらに，より一層の性能改善のために冷却流を脈動化させるという着想を得てその効果確認の予備計算に着手した．2017年度からの科研費で本格的に脈動冷却流の研究を行う予定である．
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