| 研究課題/領域番号 |
20H04200
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分60100:計算科学関連
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
山本 誠 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (20230584)
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| 研究分担者 |
鈴木 正也 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (40548161)
福留 功二 東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (70710698)
福島 直哉 東海大学, 工学部, 講師 (80585240)
守 裕也 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (80706383)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
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| キーワード | 計算力学 / 粒子付着現象 / ジェットエンジン / マルチフィジックス / モデル化 / 粒子付着 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ジェットエンジンに吸い込まれた微粒子は、燃焼器を通過する際に溶融し、液滴となってタービンに流入する。この液滴がタービンの翼等に衝突すると、熱エネルギーを奪われて壁面上で凝固し、付着層を形成する。この粒子付着現象は、ジェットエンジンにとって致命的な影響を及ぼす。このため、高精度に現象を再現できるモデルおよび計算手法の構築が強く求められている。本研究では、基礎実験および第一原理に基づいて高精度粒子付着モデルを新たに開発し，これをマルチフィジックス予測コードおよびUPACSへ実装することにより、ジェットエンジンに生じる粒子付着現象のメカニズムおよび粒子付着特性を数値的に解明する。
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| 研究成果の概要 |
ジェットエンジンに吸い込まれた微粒子は、2000[K]近い高温の燃焼器を通過する際に溶融し、タービンの翼やケーシング等の壁面に衝突すると壁面上で凝固し、付着層を形成する。この現象を粒子付着現象と呼び、タービン翼の空力性能の大幅な低下や冷却孔の閉塞による壁面の溶解など、ジェットエンジンに致命的な影響を及ぼす。本研究では、基礎実験および第一原理に基づいて高精度粒子付着モデルを新たに開発し，申請者が開発してきたジェットエンジンに対するマルチフィジックス予測コードへ実装することにより、ジェットエンジンのタービンに生じる粒子付着現象のメカニズムおよび付着特性を数値的に解明することに取り組んだ。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、ジェットエンジンにおける粒子付着現象を普遍的に再現できる粒子付着モデルおよびマルチフィジックスCFDシミュレーション手法が確立され、部分的ではあるが、ジェットエンジンの様々な運転条件下での粒子付着現象のメカニズムと特性が明らかになった。したがって、耐粒子付着性に優れたタービンを設計・開発することが可能となり、将来、より安全なジェットエンジンの開発に大きく寄与できるものと期待できる。さらに、この計算手法は、ジェットエンジンだけでなく、ボイラー等の熱交換器、溶射コーティング、スプレー塗装など、他の多数の工業プロセスに対しても発展的に適用可能であり、工業的に大きな貢献が期待できる。
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