2018 Fiscal Year Annual Research Report
Highly-accurate turbulent analysis of multistage transonic axial compressor using the proper orthogonal decomposition
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16K06087
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
山田 和豊 岩手大学, 理工学部, 准教授 (00344622)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 大規模数値解析 / 遷音速多段軸流圧縮機 / ガスタービン / 流動損失 / LES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
先進的な高効率ガスタービンには遷音速軸流圧縮機が採用される．遷音速軸流圧縮機は，試作実験によりその内部流れ場を正確に把握すること自体が困難であるため，数値シミュレーションによる内部流れ場の高精度予測が重要な設計技術となる．多段軸流圧縮機の全段・全周計算は大規模な計算資源を要求し，稠密格子による高精度な数値予測が困難となっている．本研究では，位相遅れ境界による単流路多段解析に固有直交分解を導入することで，稠密な計算格子を用いた大規模LES（Large Eddy Simulation）解析の実現を試みる．本手法によるガスタービン用遷音速多段軸流圧縮機の解析を通して，損失モデル構築のための流動メカニズム解明および圧縮機空力設計技術の高度化に資する流動損失の定量評価を実施する．
はじめに，LES解析の比較検証のための計算を実施した．解析対象とする遷音速軸流圧縮機に関して，DES（Detached Eddy Simulation）を適用した全段・全周の大規模計算，およびmixing plane法を用いた単流路RANS（Reynolds Averaged Navier-Stokes）計算を実施した．また，大規模計算では並列計算は必須であるが，固有直交分解を用いた位相遅れ境界の実装において，コードの並列化に検討が必要なことが判明した．そこで，別途新たな方法でLES解析を実施した．具体的には，着目する翼列のみを稠密な格子でLES解析し，その他の翼列はDESで計算するハイブリッド解析を実施した．得られたLES解析結果に関して，知的可視化処理を施すことで，圧縮機内部における複雑流動現象を解明した．また，エントロピー生成率を算出することで，損失生成箇所の特定および各流動現象による損失生成量の評価を行った．
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