| 研究概要 |
高効率でかつ作動領域の広い高負荷な多段軸流圧縮機を開発するための基礎として,環状端壁境界層による二次流れを制御する動・静翼,即ちエンドベンド・エンドスイ-プさせた翼(以下エンドベンド翼)を設計・製作し,段落性能試験と内部流動計測を行うと共に,三次元粘性流動解析を行った.
試験装置として多段軸流圧縮機の内部流動,特に端壁境界層での流れを模擬するために,案内羽根-静翼-動翼静翼から成る軸流翼列試験装置を製作した.動・静翼として,従来の設計法に基づくやや高負荷な基準翼とエンドベンド翼の二つを製作し,各々について性能試験と内部流動計測を行った.5孔ピト-管による内部流動の計測では案内羽根-静翼-動翼-静翼の各翼後方において,半径および周方向にピト-管をトラバースさせて三次元速度ベクトルや全圧の分布を測定した.一方熱線流速計を用いた周期的多点抽出法による測定では,動翼後方の三次元速度ベクトルや二次流れ損失などを計測した.
その結果次のことが明らかとなった.まず段落性能に関しては,動・静翼にエンドベンド翼を用いた場合の段落性能は両者とも基準翼の場合と比較して設計流量における効率が1.1%高く,また動翼失速点で定義したサージマージンが19%大きいなど性能が大きく改善された.ピト-管や熱線による内部流動の計測結果より,段落性能の改善はエンドベンド翼による環状端壁境界層の活性化に起因しており,エンドベンド翼による端壁境界層の制御が可能であることが明らかとなった.すなわち流れを三次元的に制御する三次元拡散制御翼の設計手法の有用性が示された.
一方三次元ナビエ・ストークス流れ解析では,有限体積法を用いた定常圧縮スキームで数値解析を行った.その結果数値解析においても,環状端壁境界層の発達の抑制による性能改善が確認された.
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