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。

在2022年，我们制造并评估了该研究的基础设备的无隔膜冲击波管，并将其纳入了当前的内部冷却流通道设备（具有矩形横截面的通道），从而在实验室中实现了内部冷却/冲击干扰系统。目的是研究通道流的基本传热性能，这些传播性能在较简单的系统中使用刀片尾随的边缘膜冷却之前会干扰冲击波。无隔膜冲击管具有由多个电磁阀组成的驱动阀，并在驱动器中安装了电动调节器，以允许持续自动控制驱动单元压力。通过将单板微型计算机的ON/OFF信号插入此状态的驱动阀中，可以自动打开和关闭驱动阀，从而重复释放冲击波（约2 Hz）。当在内部冷却通道中安装热线流量计并测量主流流量速度时，冲击波应用会增加湍流强度（主流流速速度RMS值与主流流量平均流量速度的比率）从5.3％到8.9％，从而从5.3％到8.9％，从而导致促进湍流的影响。当使用瞬态响应方法通过传热实验研究了带有泪珠形凹痕的传热表面时的传热性能。通过改变倾斜角（0、30、60度）和泪珠中的比对（在线/交错）的比对来进行上述实验，与与热传递表面倾斜和衬里的驱动器相比，NUCERT的数量最高。当使用差分压力表测量热传递表面上游和下游的压力损失时，与缺乏冲击波相比，计算摩擦系数，温度升高6.7％。当计算出热量损失的传热性能系数（这是传热性能的指标）时，与没有施加冲击波相比，传热系数增加了12％，而热传递系数则增加了12％，并且冲击波成功地促进了通道流的传热。