| 研究課題/領域番号 |
21K03868
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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19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
松沼 孝幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40358031)
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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 |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | プラズマアクチュエータ / 流体機械 / タービン翼列 / 流体能動制御 / 二次流れ / 流路渦 / 翼先端漏れ渦 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ターボ機械のエネルギー高効率化を実現するために，産総研で独自に開発した「ひも型」および「リング型」を組み合わせたプラズマアクチュエータによる流体能動制御で，タービン翼列で発生する流路渦・翼先端漏れ渦などの二次渦を抑制し，翼列の空気力学特性を飛躍的に向上させる。
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| 研究実績の概要 |
本年度は，前年度に直線タービン翼列の出口流れを２次元粒子画像流速測定法（ＰＩＶ）によって測定した実験結果のデータ解析を行い，３報の論文として国際誌に投稿した。３報とも年度内に掲載された。１報目では，プラズマアクチュエータの軸方向の設置位置を変化させて，流路渦の抑制効果がどのように変わるかを調べ，翼前縁の少し上流に設置したときに最大の制御効果を生み出せることを明らかにした。２報目では，プラズマアクチュエータに入力する電圧を連続駆動とバースト駆動の両方で制御し，バースト駆動のほうが，効率良く流路渦を抑制できることを明らかにした。３報目では，産総研で開発したリング型プラズマアクチュエータにおいて，漏れ渦を抑制するメカニズムを明らかにした。
さらに，翼先端に隙間があって，流路渦と漏れ渦が同時に発生している流れ場において，プラズマアクチュエータによる流路渦制御を行った場合の渦構造の変化を詳細に調査した。プラズマアクチュエータの駆動することで，流路渦を効果的に減少させることができる一方で，翼先端漏れ渦が増大してしまうことを明らかにした。この結果から，流路渦と漏れ渦を同時に抑制できる複合型プラズマアクチュエータの開発が必須であることが明確になった。新しく制作した複合型プラズマアクチュエータでの実験から，流路渦と翼先端漏れ渦を同時に抑制することが可能であることを実証し，データ解析を行った後，国際誌に投稿原稿を作成した。
続いて，直線タービン翼列よりも実機の流れ場に近い環状タービン翼列風洞を用いた実験のための実験整備を行った。環状タービン翼列の流れ場を測定するために，アルミフレームを用いて，ＹＡＧレーザー設置台，高速度カメラ設置台の構築を行った。ＰＩＶのソフトウェアの使用方法を理解し，各種調整を行った。これから本格的に実験を稼働させる予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
直線タービン翼列において膨大なＰＩＶ実験データを取得した。様々な視点からデータ解析を行い，国際誌への論文化を行った。環状タービン翼列の実験準備も進め，レーザー装置や高速度カメラの設置台などを組み立てて，ＰＩＶ実験を開始する準備が整った。
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| 今後の研究の推進方策 |
直線タービン翼列の実験データを整理して，得られた知見をまとめて国際誌に投稿することを続ける。また，環状タービン翼列での実験も開始して，タービン静翼とタービン動翼の空気力学的干渉など，実機条件に近い複雑な流れ場において，プラズマアクチュエータの漏れ渦と翼先端漏れ渦の抑制効果を明らかにする。
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