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2017 年度 実績報告書

衝撃波管を用いた軸流圧縮機のサージ・旋回失速共存系の挙動とウインドミル特性の把握

研究課題

研究課題/領域番号 15K05811
研究機関早稲田大学

研究代表者

太田 有  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50211793)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードターボ機械 / 軸流圧縮機 / 部分流量特性 / 旋回失速 / サージング / ウインドミル特性 / 損失発生機構
研究実績の概要

最終年度にあたる平成29(2017)年度は,軸流圧縮機のウインドミル状態における動静翼列内での損失発生機構に研究の焦点を当て,実験計測と数値解析を実施した.
圧縮機への流入流量が次第に増加すると,動翼が流体に対して仕事を行う圧縮機状態から,流体から動力を受けとるウインドミル状態へと変化する.本研究では,動翼列の正味仕事が相殺されるFree-Windmill状態と,完全にウインドミル駆動されているHighly-Loaded Windmill状態に注目し,それぞれの場合の損失発生メカニズムを調査した.
Windmill状態における動翼で発生する主な損失構造は,以下の2つと考えられる.①動翼への負の入射角に起因する正圧面側の剥離渦であり,この渦はHub壁面上に足を持ちスパン方向に巻き上がる渦と,翼端前縁を起点として発達する渦の2つから構成されており,互いに干渉することで損失コアを形成する.②前縁での強い負の入射角に依存して,前縁近傍の翼端部では負圧面側から正圧面側への漏れ流れが存在する一方,後縁近傍では逆に正圧面側から負圧面側への漏れ流れが存在する.これらの漏れの影響により,翼端隙間部で大きな損失が発生する.
一方,静翼では,負の入射角に起因する正圧面側の剥離渦が全スパンで発生し,翼面全体を覆うほど大規模に成長する.このため動翼より静翼での損失の方が大きい.剥離流れに起因して正圧面スパン方向に軸を持つ非定常渦が形成され,翼間流路を移流する.この非定常挙動は動翼後流の影響を受けており,以下の4つの過程に分類できる.①動翼後流の流入による入射角の回復により剥離渦が形成される過程.②入射角の負の増大に伴い,剥離渦がスパン方向に成長・拡大する過程.③次の剥離渦の影響を受け,静翼後縁側へと移流する過程.そして最後に④翼端側から渦が減衰しつつ,静翼下流へと放出される過程である.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Coexisting State of Surge and Rotating Stall in a Two-Stage Axial Flow Compressor Using a Double-Phase-Locked Averaging Technique2017

    • 著者名/発表者名
      Sakata, Yuu and Ohta, Yutaka
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science

      巻: Vol.26-1 ページ: 38-46

    • DOI

      10.1007/s11630-017-0907-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Interaction Between Surge Behavior and Internal Flow Field in an Axial-Flow Compressor”2018

    • 著者名/発表者名
      Yuu Sakata, Nobumichi Fujisawa and Yutaka Ohta
    • 学会等名
      ASME FEDSM
    • 国際学会
  • [学会発表] Internal Flow Structure and Rotor Performance of an Axial Flow Compressor at Windmill Conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Hirayama, T., Ohta, Y., Goto, T. and Kato, D.,
    • 学会等名
      Proc. of the 13th ISAIF
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of Rotating Stall under Surge Behavior in a Two-Stage Axial Flow Compressor2017

    • 著者名/発表者名
      Yuu Sakata, Ryo Takahashi and Yutaka Ohta
    • 学会等名
      the 6th Japan-Korea Joint Workshop on Fans and Compressors
    • 国際学会
  • [学会発表] 軸流圧縮機のウインドミル状態における動翼特性と内部流れ構造2017

    • 著者名/発表者名
      平山 卓,太田 有,後藤尚志,加藤 大
    • 学会等名
      第45回日本ガスタービン学会定期講演会
  • [学会発表] 二段軸流圧縮機の過渡応答とサージ挙動2017

    • 著者名/発表者名
      坂田友,高橋遼,太田 有
    • 学会等名
      ターボ機械協会富山講演会
  • [学会発表] 二段軸流圧縮機におけるサージ・旋回失速共存系の内部流動調査2017

    • 著者名/発表者名
      坂田友,高橋 遼,太田 有
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2017

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公開日: 2018-12-17  

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