Studies on Unsteady Loss Generation Mechanism in Turbine Cascade using Hi-Fi PIV-CFD Merged Method

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ターボ機械内部の流れは本質的に非定常であり、その空力性能の格段の発展のためには、非定常性による影響を定量的に捉えることが重要な課題となっている。特に高効率を求められる航空機用タービンではそのような緻密な調査が求められている。実験的手法による流れの非定常性効果の調査、特によどみ点圧損失計測には侵襲型のプローブによる計測が不可欠だったが、プローブ挿入による流れ場への影響に加え、空間・時間解像が困難であった。この難点を克服するものとしてPIV法に多くの関心と期待が寄せられているが、速度場情報のみを得ることが主眼となっている方法であり、タービン翼列の非定常損失の評価にはそのままでは利用できない。そこで、本研究では、高解像度PIVデータを基にして圧力方程式を解くことににより、翼周りや翼列下流での圧力情報を数値的に取得に、そこから非定常よどみ点圧損失に関する情報を推定する手法の開発に着手している。前年度はPIVのよる高負荷タービン翼まわりの速度場データ取得を試み、概ねその問題なく速度場データの取得に成功した。今回は、得られた速度場データから圧力場を決定するための解法を確立することに取り組んでいる。具体的には、２次元圧力方程式、２．５次元圧力方程式（定式化のところで一部３次元効果を含めているもの）及び発散項の取り扱いなどを調査した。使用した速度データは、解法の開発という観点から、PIVで得られたデータの代わりに、LESによる高精度非定常流れ場解析で得たデータを用いている。これにより、境界条件をどの程度正確に与える必要があるかの調査は実施可能となった。具体的には、対象領域を囲む４面で境界条件をディリクレ条件及びノイマン条件の組み合わせで、その影響度を調査している。得られた結果から、非定常圧力場及びよどみ点圧力の評価が十分に可能であることを明らかにした。