| 研究課題/領域番号 |
21H01241
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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19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山本 悟 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (90192799)
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| 研究分担者 |
宮澤 弘法 東北大学, 情報科学研究科, 助教 (20844335)
古澤 卓 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (80637710)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
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| キーワード | 数値流体力学 / 数理モデル / 凝縮 / 付着 / ガスタービン / 非平衡凝縮・付着 / 非定常湿り空気流れ / 圧縮機 / 凝縮モデル / 付着モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではまず、大気中のエアロゾルを含む湿り空気の蒸発・凝縮・付着現象を伴うマルチフィジックス熱流動を支配する数理モデルを構築する。次に、産業用ガスタービンコンプレッサー（ＧＴＣ）の高性能化に寄与するため、液滴噴霧（吸気冷却）を伴うＧＴＣ内部熱流動をこの数理モデルにより大規模数値解析して、高湿分を含む空気の熱流動がＧＴＣ性能に与える影響を明らかにする。さらに、減速・加速時における非設計状態を想定した産業用ならびに航空用ＧＴＣ内の非定常マルチフィジックス熱流動も同様に数値解析して、ＧＴＣ高信頼化に寄与する有用な知見を見出す。
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| 研究成果の概要 |
大気中のエアロゾルを含む湿り空気の蒸発・凝縮・付着現象を伴うマルチフィジックス熱流動を支配する数理モデルを開発した。それを発電用ガスタービン圧縮機（GTC）内の高湿り空気流れを数値解析に応用して、これら現象を伴うＧＴＣ熱熱流動がその性能に与える影響を明らかにした。さらに、部分負荷運転するGTC、境界層流入する航空用ＧＴＣの湿り空気流れにも応用した。これら研究成果は、International Journal of Heat and Mass Transferに発表するとともに、2022年、2023年のASME Turbo Expo国際会議でも発表した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
再生可能エネルギーの導入に伴い、天候の変化による電力負荷変動が問題になっている。現在、この負荷変動を火力発電所のガスタービンが部分負荷運転により、平滑化している。ところが、本来設計条件で運用すべきガスタービンの出力を落として非設計状態である低流量状態で運転しているため、ガスタービン圧縮機の翼に想定外の負荷がかかり、翼が欠損することが報告されている。さらには大気中の湿度や入口噴霧が予想以上に影響を与えていることが示唆されている。本研究で開発した数理モデルにより、その蒸発・凝縮・付着現象を伴うマルチフィジックス熱流動を解明することが期待される。
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