| 研究課題/領域番号 |
21K04481
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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24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
櫻井 毅司 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (10433179)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 圧力増大燃焼 / パルス燃焼 / ガスタービン / 熱効率 / サイクル解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究はパルス燃焼と定圧燃焼を組み合わせた独自の圧力増大燃焼（Pressure-gain combustion）方式によりガスタービンの熱効率を+１０％程度向上することを目標としている．本研究では５～１０％の圧力増大の実現を目指し，パルス燃焼が圧縮機やタービンの作動に及ぼす影響の把握，およびガスタービンの性能評価により，既存の定圧燃焼で作動するガスタービンに対する圧力増大燃焼ガスタービンの利点や欠点を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では圧力増大燃焼の一つであるパルス燃焼をガスタービンに適用し，熱効率向上の実証に取り組んだ．はじめにパルス燃焼の条件を調査した．圧力増大を高めるためには，圧縮波を形成する火炎の加速が重要であることがわかり，燃料充填率や燃焼ガスのパージを調節することで最大で6.7%の圧力増大を達成した．次にパルス燃焼器を搭載したガスタービンの運転実験を行い，性能を調査した．パルス燃焼によりタービン入口圧力が上昇したことで定圧燃焼時よりも出力が増加することを確認した．ただし，燃焼ガスの脈動は出力変動の増加とタービンや圧縮機の効率低下も招き，熱効率を向上する点については新たな課題を生じることとなった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で取り組んだパルス燃焼は，燃焼器の入口や出口が解放状態であるため定積燃焼ではない．しかし，燃焼圧力のピークは燃焼前の2倍程度まで達しており，どのような物理機構で圧力が上昇しているのか明らかではなかった．本研究の結果，圧力上昇は火炎の加速によって生じる圧縮波によることを明らかにした．
パルス燃焼は燃焼ガスの大きな脈動を生じる．この脈動がタービンだけでなく，圧縮機の作動状態にも影響し，両者の断熱効率を大きく損なっていることを明らかにした．これは圧力増大燃焼をガスタービンに適用する場合に共通する課題であり，燃焼器で生じる脈動の緩和がガスタービン熱効率の向上において必要である．
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