蒸気タービン全段全周流れの大規模流動解析および翼列翌形状の最適化に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、発電用ならびに産業用蒸気タービンの性能を最大5%向上させることがてきる革新的なタービン翼形状・翼配置を見出すことを最終的な目標としている。先ず、蒸気タービン数値解析システムを構築し、蒸気タービン内全流路流れを東北大学情報シナジーセンター所有のスーパーコンピュータSX-7上に仮想的に再現し、非平衡凝縮を伴う遷音速流れ場での凝縮現象の捕獲および解明を行った。また、凝縮を伴う三次元静動翼列流れにおいて、潜熱の放出による温度上昇が流れ場および翼面上静圧の変動に及ぼす影響について予測を行った。なお、計算対象とする蒸気タービンの翼型および実験データについては国内重工メーカーより提供を受けた。一方、ターボ機械の翼列に対する計算格子は比較的複雑な形状となることが予想され、効率的ば作業を実現するためには格子生成ソフトウェアの開発が不可欠である。そこで、前処理エンジンとして、計算格子生成ならびにその可視化ソフトウェアを開発した。前処理エンジンはグラフイックスワークステーションに構築した。本研究では、市販の格子生成ソフトウェアと共に、タービン多段翼列用計算格子の生成に特化したGUIを備えたソフトウェアを独自に構築した。格子生成ソフトウェアについては既に研究代表者が開発した物を改良して用いた。解析では実験結果と良好に一致する結果が得られ、本計算コードの有効性が確認されると共に、潜熱の放出に伴う三次元的な静圧の変動や、流路内二次流れ内部における液滴の成長が確認できた。また、液滴の質量生成量の定量的予測を行った。これらは世界的でも類を見ない先駆的な研究成果である。