| 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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| 研究実績の概要 |
最終年度にはパルス燃焼による圧力増大割合の評価を目的とした瞬時流量計測と圧力上昇メカニズムの調査に取り組んだ．ガス流量の計測に対して前年度から継続して赤外レーザ吸収分光法の適用を試みたが，燃焼ガスの検出光が加熱された壁面からの熱放射によってマスクされてしまい，有意な結果を得るには至らなかった．この壁面加熱の影響は流量計測のみならず燃焼器内部の現象観察にも影響したため，加熱の影響を受けづらい燃焼器を別途準備し，圧力上昇メカニズムを調べた．その結果，パルス燃焼の圧力上昇は火炎の前方に形成される圧縮波によってもたらされていることが明確になった．
研究期間全体の取り組みの１つとして，パルス燃焼により最大で6.7%の圧力増大が得られることを実証した．この値は研究目標に掲げた5～10%の範囲にあり，研究開始前の2%から大きく前進した結果である．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り，燃料充填率や燃焼ガスのパージが関連することを明らかにした．２つ目の取り組みとして，パルス燃焼モードによるガスタービンの熱効率を評価した．燃焼圧力の増大により出力が増加したものの，タービンを駆動する燃焼ガスの脈動も大きくなったためにタービン効率が低下した．その結果，両効果が相殺し，定圧燃焼の場合と比較して有意な熱効率の向上には至らなかった．また，圧縮機の作動状態もパルス燃焼に伴う燃焼器の間欠的な圧力上昇の影響を受け，作動点が大きく変動し，その断熱効率を損なっていることが明らかになった．このようなパルス燃焼と圧縮機及びタービンを統合したガスタービン運転の作動特性が明らかになった点は本研究の大きな成果である．パルス燃焼に伴う圧力変動やガスの脈動緩和がタービンや圧縮機の効率維持には必要であり，これを改善することが出来れば当初目標に掲げたガスタービン熱効率の向上が実現できる目途を得た．
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