| 研究課題/領域番号 |
20K04321
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
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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| 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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | フィルム冷却 / 脈動流 / 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 / 多目的最適化 / 熱工学 / 流体工学 / エネルギー効率化 / 省エネルギー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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，熱負荷が非常に高いが薄さのために内部冷却が困難で，片側壁を除去したカットバック形状のフィルム冷却が採用され，熱遮蔽性能維持下での熱伝達促進が要求される．本研究では，最初に片側ディンプル面チャネル脈動流での数値解析を実行し，熱伝達促進における脈動条件とディンプル面形状の最適値を決定する．次にその最適値をフィルム冷却に適用し，変動場から再現する数値解析，伝熱計測，流れの可視化によってフィルム冷却総合性能への熱伝達促進最適化の効果を確認しその原理を説明する．
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| 研究成果の概要 |
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，薄さのために内部冷却が困難な部位であり，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．本研究では先ず片側ディンプル面チャネル脈動流でのURANS・LES解析を行い，脈動条件とディンプル面形状の最適値を決定した．次にその最適値をフィルム冷却に適用した．数値解析結果は，伝熱計測，ステレオPTV計測で検証し，伝熱促進原理の説明を行った．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高出力，高効率なガスタービンは航空機用，定置発電用に加え，その高速起動性・移動性により再生可能エネルギー系統安定化用・非常用電源としても高い関心を集めている．本研究は，高温化によるガスタービン熱効率向上の伝熱工学的制約（冷却困難部位）である翼後縁部のフィルム冷却を研究背景として，熱遮蔽性能維持下での熱伝達促進という新しい問題設定をする．そしてこれまでの成果を発展させ，混合層発達抑制とディンプル面熱伝達促進の最適化を同時実現することにより，さらなる性能向上とその原理説明を行い，エネルギー変換の高効率化とCO2削減に寄与する．
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