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弱い衝撃波による乱流促進を利用したガスタービン翼後縁部フィルム冷却総合性能の向上

通过弱冲击波促进湍流提高燃气轮机叶片后缘气膜冷却的整体性能

基本信息

批准号：
22K14419
负责人：
猪熊建登
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14419/
关键词：
ガスタービン翼伝熱促進衝撃波乱流フィルム冷却内部冷却

项目摘要

2022年度は、本研究の基盤装置である無隔膜衝撃波管を作製・性能評価し、これを現有の内部冷却流路装置（矩形断面をもつ流路）に組み込むことで、内部冷却/衝撃波干渉系を実験室で実現した。翼後縁部フィルム冷却に適用前に、衝撃波と干渉したチャネル流の基本的な熱伝達性能を、より簡単な系で調査することを目的とした。無隔膜衝撃波管は、複数の電磁弁からなる駆動弁を有し、駆動部に電空レギュレータを設置して駆動部圧力を一定に自動制御できるようにした。この状態で駆動弁にワンボードマイコンからのON/OFF信号を入れることで、駆動弁を自動開閉できるようにし、衝撃波の繰り返し放出（2 Hz程度）を可能にした。内部冷却流路内に熱線流速計を設置して主流方向流速を計測したところ、衝撃波付与によって乱流強度（主流方向流速rms値と主流方向平均流速の比）が5.3%から8.9%まで増加し、衝撃波による乱流促進効果を得た。内部冷却流路内にティアドロップ型のディンプルを敷設した伝熱面を取り付け、衝撃波を繰り返し付与した際の伝熱性能を、過渡応答法による伝熱実験により調査した。ティアドロップディンプルの傾斜角度（0、30、60 deg）と配列（in-line/staggered）を変化させて上記実験を行った結果、60deg傾斜・in-line配列のとき最もヌセルト数が高く、伝熱面平均ヌセルト数が衝撃波付与なしに比べて14%向上した。差圧計を用いて伝熱面上流と下流の圧力損失を計測して摩擦係数を算出したところ、衝撃波付与なしに比べて6.7%増加した。圧力損失を考慮した熱伝達性能の指標である伝熱性能係数を算出したところ、衝撃波付与なしに比べて12%増加し、衝撃波によるチャネル流の伝熱促進に成功した。

In 2022, the base plate device of this study was manufactured and evaluated without diaphragm shock wave tube, and the internal cooling/shock wave interference system was realized in the existing internal cooling flow path device (rectangular section). The purpose of the investigation is to investigate the basic thermal performance of the after-wing cooling system, shock wave and dry flow. Diaphragmless shock wave tube has a plurality of electromagnetic functions, an electromagnetic function, an electromagnetic function, a pressure setting, and an automatic control. This state is activated by an ON/OFF signal, activated by an automatic ON/OFF signal, and activated by a shock wave (approximately 2 Hz). In the internal cooling flow path, the hot wire anemometer was set to measure the velocity in the main flow direction, and the turbulence intensity (ratio of rms value of the velocity in the main flow direction to the average velocity in the main flow direction) increased from 5.3% to 8.9%. The turbulence promotion effect of the shock wave was obtained. Heat transfer investigation of internal cooling flow path, shock wave return, thermal performance, transient response The results of the test are as follows: the inclination angle of the heat transfer surface (0, 30, 60 deg) and the in-line/stagged are changed, and the maximum number of heat transfer surface is higher than that of the shock wave. The pressure loss of the upper and lower flow on the hot surface was measured by the differential pressure meter, and the friction coefficient was calculated. The shock wave load increased by 6.7% compared with that of the lower flow. Pressure loss is taken into account and the thermal performance index is calculated. Shock wave load is increased by 12%. Shock wave load is increased by 12%.