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 - 2009 Detailed analysis of cooling hole shape, main flow and air mixing, and improvement of instantaneous measurement of concentration field using LIF. It is possible to simultaneously measure the flow field and concentration field (temperature field) in an instant. For example, the main flow and cooling air mixing state can be found in detail, and the cooling hole shape can be found in the structure of the cooling heat flow. As a result of the fundamental analysis of the transient field in the mixed state of the hole and the cooling air, the velocity difference between the hole and the cooling air is the cause of the instability of the free fault, and the quasi-periodic vortex is the cause of the mixing of the cooling air and the main flow. The cooling effect of the cooling hole downstream is reduced due to the formation of a kidney-shaped secondary vortex near the outlet of the cooling hole. The calculation of numerical values is carried out in comparison with the calculation load of LES, and the analysis of unsteady turbulence numerical values related to the possible application of DES and the shape of cooling holes is carried out in comparison with engineering. The results show that the shape of the cooling efficiency distribution of the time-averaged field is large, and the reproducibility of the instantaneous flow field and temperature field is small. The main flow of cooling air and the dispersion of DES tend to be low. The above results show that the cooling thermal flow field is optimized, and the cooling hole shape is changed, and the effect is evaluated.

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