マルチフィジックスCFDによる圧縮機におけるアイスクリスタル着氷現象の数値的解明

• 研究課題/領域番号: 25286101
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計算科学
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 山本 誠 東京理科大学, 工学部, 教授 (20230584)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円); 2015年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2014年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2013年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: 計算力学 / マルチフィジックス / アイスクリスタル着氷 / ジェットエンジン / 圧縮機 / シミュレーション工学 / 航空宇宙工学 / 流体工学 / 着氷

研究成果の概要

アイスクリスタル着氷は、ジェットエンジン圧縮機内部の主流静温が30℃程度の領域で発生する．発生メカニズムが全く不明であり，これまでの着氷予測数値シミュレーションにおいては完全に予測対象外であった．したがって， アイスクリスタルを再現・予測できる新たな物理モデルおよび数値シミュレーション手法の開発が強く求められていた．
本研究では，まず，アイスクリスタル着氷に対してマルチフィジックスモデルを提案し，アイスクリスタル着氷現象の物理的特性を数値的に解明した．最終的に，開発したコードをジェットエンジンの圧縮機に適用し，アイスクリスタル着氷に関する流体力学的な知見と設計指針を提供した．

研究成果

• [雑誌論文] Nmerical Investigation of Ice Shedding Associated with Engine Fan Icing (2015)
  • 著者名/発表者名: R.Hayashi and M.Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of 2015 SAE Aerotech Congress and Exhibition 巻: SAE2015-01-2091 ページ: 1-8
  • DOI: 10.4271/2015-01-2091
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation on Ice Shedding Phenomena in Turbomachinery (2015)
  • 著者名/発表者名: R.Hayashi and M.Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Energy and Power Engineering 巻: 9 ページ: 45-53
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fundamental Investigation on Nano-Particle Deposition Phenomenon (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Miyake, M.Yamamoto, J.Hara, M.Iwasaki and N.Matsudaira
  • 雑誌名: Proceedings of 12th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows 巻: ISAIF12-057 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Sand Erosion Phenomena on Coated Vane of Low Pressure Turbine (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Iwashita, M.Yamamoto and Y.Okita
  • 雑誌名: Proceedings of 11th International Gas Turbine Congress 巻: IGTC2015-217 ページ: 71-76
  • NAID: 110009940406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-Dimensional Flow Characterization of a Square Array of Multiple Circular Impinging Jets Using Stereoscopic PIV and Heat Transfer Relation (2015)
  • 著者名/発表者名: Y.Icikawa, M.Motosuke, Y.Kameya, M.Yamamoto and S.Honami
  • 雑誌名: Journal of Visualization 巻: 18 ページ: 1-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plate-Angle Effects on Acoustic Waves from Supersonic Jets Impinging on Inclined Plates (2015)
  • 著者名/発表者名: T.Nonomura, H.Honda, Y.Nagata, M.Yamamoto, S.Morizawa, S.Obayashi and K.Fujii
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: 53 ページ: 1-21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Investigation on Supe-Cooled Large Droplet Icing of Fan Rotor Blade in Jet Engine (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Isobe, M.Suzuki and M.Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Thermal Science 巻: 23 号: 5 ページ: 432-437
  • DOI: 10.1007/s11630-014-0726-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] エンジンファン着氷における氷の離脱現象のモデル化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林,山本
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 80 ページ: 1-12
  • NAID: 130005004906
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multi-Physics CFD Simulations in Engineering (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Thermal Science 巻: 22-4 号: 4 ページ: 287-293
  • DOI: 10.1007/s11630-013-0626-x
  • 査読あり
• [学会発表] 粒子法を援用した着氷シミュレーション手法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本
  • 学会等名: 第31回生研TSFDシンポジウム
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所（東京）
  • 年月日: 2016-03-09
• [学会発表] SLD着氷における液滴変形と液滴分裂の影響に関する数値的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 志村
  • 学会等名: 日本流体力学会第29回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学（福岡）
  • 年月日: 2015-12-16
• [学会発表] MPS法を用いたNACA翼前縁における着氷シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 結城
  • 学会等名: 日本機械学会第93期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京）
  • 年月日: 2015-11-07
• [学会発表] 水膜の移流を考慮した着氷モデルの検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本
  • 学会等名: 日本機械学会第93期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京）
  • 年月日: 2015-11-07
• [学会発表] Hybrid Grid and Particle-Based Method for Multi-Physics Engineering Problems (2015)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto
  • 学会等名: 13th U.S. National Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: サンディエゴ（米国）
  • 年月日: 2015-07-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アイスクリスタル着氷の成長に関する数値シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 古田小春
  • 学会等名: 第42回日本ガスタービン学会定期講演会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2014-10-23
• [学会発表] ファン通過による液滴温度変化を考慮した着氷シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 林亮輔
  • 学会等名: 第42回日本ガスタービン学会定期講演会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2014-10-23
• [学会発表] Numerical Investigation on Supe-Cooled Large Droplet Icing of Fan Rotor Blade in Jet Engine (2014)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki
  • 学会等名: 5th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2014-09-24
• [学会発表] Modelling of Supe-Cooled Large Droplet Icing and its Application to Jet Engine Fan Rotor (2014)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto
  • 学会等名: 10th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and
  • 発表場所: マルベラ（スペイン）
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] SLD Icing Simulation on NACA Airfoil Using MPS Method (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Yuki
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI)
  • 発表場所: バルセロナ（スペイン）
  • 年月日: 2014-07-23
• [学会発表] Numerical Investigation on Droplet Temperature of Ice Crystal Accretion (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Furuta
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI)
  • 発表場所: バルセロナ（スペイン）
  • 年月日: 2014-07-22
• [学会発表] アイスクリスタル着氷の成長に関する数値的基礎研究
  • 著者名/発表者名: 古田、山本
  • 学会等名: 日本ガスタービン学会定期講演会
  • 発表場所: 那覇
• [学会発表] Numerical and Fundamental Study on Ice Growth of Ice Crystal Accretion
  • 著者名/発表者名: K.Furuta and M.Yamamoto
  • 学会等名: 5th Asian Pasific Congress on Computational Mechanics (APCOM 2013)
  • 発表場所: シンガポール
• [学会発表] Numerical Simulation on Ice Accretion Phenomena in Rotor-Stator Interaction Field
  • 著者名/発表者名: R.Hayashi and M.Yamamoto
  • 学会等名: ASME Turbo Expo 2013
  • 発表場所: サンアントニオ（USA)
• [学会発表] Numerical Simulation of Ice Accretion on the Rotor Blade of a Jet Engine considering Splash and Bounce
  • 著者名/発表者名: K.Isobe and M.Yamamoto
  • 学会等名: SAE 2013 AeroTech Congress and Exhibition
  • 発表場所: モントリオール（Canada）
• [学会発表] Two- and Three-Dimensional Validation of Icing Model
  • 著者名/発表者名: R.Hayashi and M.Yamamoto
  • 学会等名: 5th Asian Pasific Congress on Computational Mechanics (APCOM 2013)
  • 発表場所: シンガポール
• [学会発表] スプラッシュおよびバウンドを考慮した三次元着氷現象の数値シミュレーション
  • 著者名/発表者名: 磯部,山本
  • 学会等名: 日本機械学会第91期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 博多
• [学会発表] 着氷現象によるファン動翼性能劣化に関する数値解析
  • 著者名/発表者名: 鎌形,山本,賀澤,山本
  • 学会等名: 日本ガスタービン学会定期講演会
  • 発表場所: 那覇
• [学会発表] アイス・シェディングモデルの開発及び検証
  • 著者名/発表者名: 林,山本
  • 学会等名: 日本ガスタービン学会定期講演会
  • 発表場所: 那覇