報告書番号

M08017

タイトル（和文）

ガスタービン翼の膜冷却解析手法の評価 -前縁部膜冷却に対する解析-

タイトル（英文）

Evaluation of CFD analysis for film cooling on gas turbine blade -Analysis of Cooling Performance on a Blade Leading Edge-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ガスタービンの高温化による高効率化に伴い、タービン翼には膜冷却の適用が進んでいる。そのため、温度が支配的な影響を及ぼすタービン翼の耐久性を評価するためには、膜冷却の性能を推定することが不可欠である。当研究所は、岩手大学と共同して、タービン翼面冷却の基礎的なモデルである平板の膜冷却について、熱流動解析手法の評価を行ってきたが、翼の温度分布を推定するためにはさらに、流れが衝突して熱負荷が増大する翼前縁部の膜冷却特性を把握する必要がある。そこで、タービン翼前縁をモデル化した、円形膜冷却孔を有する半円形状の供試体を用いて、冷却空気の吹出比をパラメータにした、感温液晶ならびに熱電対による温度計測および熱流動解析を行った。風洞試験により、吹出比に伴い変化する膜冷却効率分布を明らかにするとともに、熱流動解析の精度を検証した結果、膜冷却効率分布について、本熱流動解析結果は試験結果に定性的に一致した。さらに、熱流動解析および風洞試験の結果による、前縁壁面の平均膜冷却効率を用いて、タービン翼前縁のメタル温度を推定した結果、熱流動解析は、風洞試験に比較して温度をやや低く見積もる傾向があるものの、試験結果と同様の吹出比に伴う温度変化を推定することができた。

概要 （英文）

In order to assess durability of the recent gas turbine blades, it is essential to estimate performance of the film cooling. Accordingly, CRIEPI and Iwate University have collaborated on evaluation of CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis for the film cooling with the object of estimating accurately the temperature distributions of the blades. It is necessary for the durability assessment of the blade based on estimation of the blade temperature to clarify the performance of the film cooling on the blade leading edge where flow impinges and heavy thermal load appears.
The present report describes experimental and numerical estimations of the film cooling performance on the blade leading edge model. A wind tunnel tests were conducted by using a large-scaled semi-circular model simulating a typical leading edge with film cooling holes. The CFD calculations were applied to solve convective heat transfer on the same model as the experimental test. As a result, variation in the wall distribution of the film cooling effectiveness with blowing ratio was clarified by the measurements. The distributions of the film effectiveness in the calculations are qualitative agreement with the measurements. The metal temperature on the blade was estimated based on the present results of mean film cooling effectiveness on the model surface. Consequently, variations of the metal temperature with the blowing ratio by the CFD data are reasonable agreement with those by the measurement data.

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