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2017 年度 実績報告書

ジェットエンジンに適用可能な粒子・格子法ハイブリッド着氷予測コードの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H03918
研究機関東京理科大学

研究代表者

山本 誠  東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (20230584)

研究分担者 守 裕也  東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (80706383)
福島 直哉  東海大学, 工学部, 特任講師 (80585240)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード計算力学 / マルチフィジックス / 着氷シミュレーション / ハイブリッド法 / ジェットエンジン
研究実績の概要

平成29年度は,開発した着氷モデルをアイスクリスタル着氷に対応できるように改造する.アイスクリスタル着氷に関する実験データは文献等に公開されていないため,現象を基本的な素過程に分解し,各素過程に対して検証を実施する.想定している素過程としては,氷の融解を伴わない低温気体中の氷粒子の飛行挙動,融解を伴う高温気体中の氷粒子の飛行挙動,氷粒子の壁面衝突挙動,融解により表面に液膜を有する氷粒子の壁面衝突挙動である.これらの素過程を再現できるモデル化を行うことにより,アイスクリスタル現象を物理的に妥当に再現可能な着氷モデルが構築された.
次に,粒子・格子ハイブリッド着氷予測コードにこのアイスクリスタル着氷モデルを実装した.また、多段圧縮機におけるアイスクリスタル着氷の計算は,複雑な幾何形状および多数の氷粒子を取り扱うため,最低でも500万点以上の格子点数が必要となるため,コードの並列化を実施し,現実的な計算時間で解が得られるように工夫した.
最後に,開発したコードをジェットエンジンの多段圧縮機に適用し,多段圧縮機におけるアイスクリスタル着氷の再現を行った.計算条件としては,GE90エンジンを想定し、飛行高度を6000~10000m、大気温度249.2~223.3℃、氷粒直径50~800μmにおいてファンから高圧圧縮機にかけて氷粒の溶融状態を再現し、圧縮機のどの部分でアイスクリスタル着氷が発生するのかを明らかにした。次いで、もっともアイスクリスタル着氷の発生の可能性が高いと判断された高度8000m、氷粒直径100μm、IWC7g/m^3の条件で、低圧圧縮機第3段静翼におけるアイスクリスタル着氷の氷層形成プロセスが再現された。以上、平成29年度の研究により、アイスクリスタル着氷モデルが実機圧縮機内の着氷現象を物理的に妥当に再現できるのかを確認することができた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究は、ジェットエンジン内の高温環境で発生するアイスクリスタル着氷のモデル化、実際のジェットエンジンへのモデルの適用、それによるアイスクリスタル現象の解明を目的としている。平成28、29年度の研究により、アイスクリスタル着氷のモデル化が完了し、ジェットエンジンへの適用に成功した段階にある。平成30年度は、開発したモデルを用いて、より多くの運転条件におけるアイスクリスタル着氷を再現することにより、最終目的であるアイスクリスタル着氷の現象解明に取り組む予定である。したがって、研究の進捗状況は概ね順調であると言える。

今後の研究の推進方策

平成30年度は、これまでに開発したアイスクリスタル着氷モデルを用い、より多くのジェットエンジン運転条件におけるアイスクリスタル着氷を再現する。得られた結果を詳細に検証することにより、本研究の最終目的であるアイスクリスタル着氷の現象解明に取り組む予定である。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Temperature Measurement of Super-Cooled Droplet in Icing Phenomenon by Means of Dual-Luminescent Imaging2017

    • 著者名/発表者名
      M.Tanaka, K.Morita, H.Mamori, N.Fukushima and M.Yamamoto
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science

      巻: 26 ページ: 316-320

    • DOI

      10.1007/s11630-017-0944-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Numerical Investigation on Sand Erosion Phenomenon of Coated and Uncoated Vanes in Low Pressure Gas Turbine2017

    • 著者名/発表者名
      Y.Fuma, H.Mamori, N.Fukushima, M.Yamamoto and Y.Okita
    • 雑誌名

      International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements

      巻: 5 ページ: 282-290

    • DOI

      10.2495/CMEM-V6-N2-282-290

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Near-Hydrophobic-Surface Flow Measurement by Micro-3D PTV for Evaluation of Drag Reduction2017

    • 著者名/発表者名
      Y.Ichikawa, K.Yamamoto, M.Yamamoto and M.Motosuke
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 29 ページ: 092005-1-8

    • DOI

      10.1063/1.5001345

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wake Deflection in Long Distance from a Yawed Wind Turbine2017

    • 著者名/発表者名
      Y.Uemura, H.Oe, Y.Tanabe, M.Yamamoto, H.Mamori
    • 雑誌名

      Journal of Energy Resources Technology

      巻: 139 ページ: 051212-1-9

    • DOI

      10.1115/1.4036541

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photochemical Migration of Liquid Column in a Glass Tube2017

    • 著者名/発表者名
      M.Muto, Y.Ayako, K.Yamamoto, M.Yamamoto, Y.Kondo and M.Motosuke
    • 雑誌名

      European Physical Journal Special Topics

      巻: 226 ページ: 1199-1205

    • DOI

      10.1140/epjst/e2016-60217-y

    • 査読あり
  • [学会発表] Icing Simulation of Super Cooled Water Droplet Impinging on the NACA0012 Airfoil by Means of E-MPS Method2018

    • 著者名/発表者名
      D.Toba
    • 学会等名
      3rd Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] UPACSを用いたファン動翼防氷技術のフィージビリティ調査2018

    • 著者名/発表者名
      和田拓也
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会第57回学生員卒業研究発表会
  • [学会発表] 軸流ファンのSLD着氷シミュレーションにおける液滴温度の効果2018

    • 著者名/発表者名
      高橋冬磨
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会第57回学生員卒業研究発表会
  • [学会発表] Numerical Simulations of Icing Phenomena in Jet Engine2017

    • 著者名/発表者名
      M.Yamamoto
    • 学会等名
      2017 Engineering Mechanics Institute Conference (EMI2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of Initial Melting Ratio on Ice Crystal Icing Simulation of 2D Compressor Stator Blade2017

    • 著者名/発表者名
      M.Iwago
    • 学会等名
      9st JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC9)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Evaporation on Melting Ratio of Ice Crystals Flowing in Jet Engine2017

    • 著者名/発表者名
      M.Iwago
    • 学会等名
      6th Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of SLD Characteristics Phenomena on Icing on Axial Fan Blade2017

    • 著者名/発表者名
      S.Uranai
    • 学会等名
      International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (ISROMAC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱伝達を考慮に入れたNACA0012翼における過冷却液滴着氷シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      鳥羽大樹
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2017
  • [学会発表] 表面が加熱されたNACA翼の着氷シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      浦内捷
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2017
  • [図書] 実践的CFD(数値流体力学)入門2017

    • 著者名/発表者名
      高尾洋之他著
    • 総ページ数
      288
    • 出版者
      メディカ出版
    • ISBN
      4-8404-6147-3
  • [備考] 着氷現象の数値シミュレーション

    • URL

      http://www.rs.kagu.tus.ac.jp/yamamoto/theme/theme1.html

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公開日: 2018-12-17  

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