多孔質体を用いた熱流動パッシブ制御による膜冷却の高性能化に関する研究

多孔材料热液被动控制提高气膜冷却性能的研究

• 批准号: 18760149
• 负责人: 小田 豊
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760149/
• 关键词: フィルム冷却; ガスタービン; 翼冷却; 熱流動制御; 膜冷却; RANS; レーザー誘起蛍光法; 多孔質; フイルム冷却

H19年度では,種々のフィルム冷却孔形状が主流と冷却空気の混合メカニズムに与える影響をより詳細に検討するため,前年度に開発したアセトンを用いたLIFによる濃度場(熱・物質輸送のアナロジーにより温度場に相当)の時間平均分布測定法を,瞬時値の計測が可能になるように改良を行った.また,流れ場の計測にPIVを用いることで,測定断面における流れ場と濃度場(温度場)の瞬間同時測定を可能にした.これにより,主流と冷却空気の混合状態の詳細を捉えることが可能になり,種々の冷却孔形状がフィルム冷却の熱流動構造にもたらす効果を瞬間流れ場・温度場の観点から検討することが可能になった.具体的には円孔とシェイプト孔による混合状態の相違を瞬時場に基づいて検討した結果,円孔とシェイプト孔の双方で,主流と冷却空気の速度差に由来する自由せん断層の不安定性に起因する準周期的な渦によって,主流と冷却空気め混合が促進されていることが明らかになった.また,円孔では冷却空気が主流を貫通し,さらに冷却孔出口近傍で形成される腎臓形状の二次渦による冷却空気の巻き上げによって,冷却孔下流での冷却効果が減少することが分かった.また,数値計算においては,LESに比して計算負荷が低く,工学的な応用にも適用可能なDESを用いて種々の冷却孔形状に関する非定常乱流数値解析を行い,実験との比較を行った.その結果,時間平均場におけるフィルム冷却効率分布の形状や大きさを比較的良い精度で再現できるものの,瞬時流れ場・温度場の再現性には問題が残ることが分かった.また,シェイプト孔においては冷却空気の主流への拡散がDESでは低くなる傾向が見られた.以上の結果から,フィルム冷却の熱流動場を最適化する上での冷却孔形状の変更指針を得るとともに,その効果を評価する実験手法,数値解析手法の構築を行うことができた.

H19 annual で は, 々 の フ ィ ル ム cooling hole shape が mainstream と cooling air 気 の mixed メ カ ニ ズ ム に and え る influence を よ り detailed に beg す 検 る た め, before the annual に open 発 し た ア セ ト ン を with い た LIF に よ る concentration field (hot material conveying の ア ナ ロ ジ ー に よ り に quite) temperature field の を time average distribution measurement method, transient numerical の meter Measuring が may に な る よ う に improved line を っ た. ま た, の れ field measuring に PIV を with い る こ と で, determination of cross-section に お け る flow れ と concentration field (temperature) の instantaneously, simultaneously and may determine を に し た. こ れ に よ り, mainstream と cooling air 気 の hybrid state の detailed を catch え る こ と が may に な り, kind of 々 の cooling hole shape が フ ィ ル ム cold Thermal flow structure is の に も た ら す unseen fruit れ を instantaneous flow field, temperature field の 観 point か ら beg す 検 る こ と が may に な っ た. Specific に は has drifted back towards ¥ hole と シ ェ イ プ ト hole に よ る hybrid state の conceives を instantaneous field に base づ い て beg し 検 た results, has drifted back towards ¥ hole と シ ェ イ プ ト hole の で, mainstream と cooling air 気 の velocity difference に origin す る free せ ん fault の labile cause に す る quasi-periodic な vortex に よ っ て, mainstream と cooling air 気 め mixed が promote さ れ て い る こ と が ら か に な っ た. ま た, has drifted back towards ¥ hole で は cooling air 気 が mainstream し を well versed in, さ ら に cooling hole exports nearly alongside で さ れ る crucial kidney shape の secondary vortex に よ る cooling air 気 の 巻 き on げ に よ っ て, cooling hole obscene で の cooling unseen fruit が す る こ と が points か っ た. ま た, the numerical calculation に お い て は, LES に than し て が く low computational load, and engineering Of な 応 with に も might apply な DES を with い て kind 々 の cooling hole shape に masato す る unsteady turbulence the numerical analytical を い, be 験 と の is line を っ た. そ の as a result, the average field に お け る フ ィ ル ム cooling working rate distribution の や big き さ を compare good い precision で reappearance で き る も の の, れ instantaneous flow field, temperature field の reproducibility に は problem が residual る こ と が points か っ た. ま た, シ ェ イ プ ト hole に お い て は cooling air 気 の mainstream へ の company, scattered が DES で は low く な る tendency が see ら れ た. の above results か ら, フ ィ ル ム cooling の heat flow field を optimization す る on で の cooling hole shape の - more pointer を る と と も に, そ の unseen fruit を review 価 す る be 験 technique, the numerical analytical technique の line build を う こ と が で き た.

项目成果

フイルム冷却における主流と冷却空気の混合過程に関する研究

气膜冷却主流与冷却空气混合过程研究

• 发表时间: 2008
• 期刊: 日本機械学会論文集(B編) 74
• 作者: 高田尚樹;他3名;熊谷尚憲
• 通讯作者: 熊谷尚憲

フィルム冷却の混合プロセスに着眼した高性能化に関する研究

以气膜冷却混合过程为重点的性能提升研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会2006年度年次大会講演論文集 3
• 作者: 高田 尚樹;他3名;Takeshi Kajiuchi;高田尚樹;熊谷尚憲;高田 尚樹;梶内丈史
• 通讯作者: 梶内丈史

Numerical and Experimental Research on a Mixing Process of Film Cooling Air with Mainstream

膜冷空气与主流混合过程的数值与实验研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. of the 13th International Heat Transfer Conference (CD-ROM)
• 作者: 高田尚樹;市川直樹;Takanori Kumagai
• 通讯作者: Takanori Kumagai

Numerical and Experimental Research on the Film Cooling Flow Fields from Circular and Shaped Holes

圆孔和异形孔气膜冷却流场的数值与实验研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proc. of 9th International Gas Turbine Congress
• 作者: 高田 尚樹;他3名;Takeshi Kajiuchi
• 通讯作者: Takeshi Kajiuchi

フィルム冷却の高性能化に関する研究

提高气膜冷却性能的研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第43回日本伝熱シンポジウム講演論文集 I
• 作者: 高田 尚樹;他3名;Takeshi Kajiuchi;高田尚樹;熊谷尚憲
• 通讯作者: 熊谷尚憲