藤澤 信道 (フジサワ ノブミチ)

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所属

理工学術院 基幹理工学部

職名

講師(任期付)

学位 【 表示 / 非表示

  • 早稲田大学   工学博士

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    ガスタービン学会

  •  
     
     

    日本機械学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 流体工学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 流体工学

論文 【 表示 / 非表示

  • Evolution Process of Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

    Nobumichi Fujisawa, Tetusya Inui, Yutaka Ohta

    Proceedings of ASME Turbo Expo 2018    2018年06月

    DOI

  • 遠心圧縮機ディフューザ前縁形状が騒音・失速特性に与える影響

    藤澤信道, 太田 有

    ターボ機械   2017 ( 45 ) 11 - 19  2017年11月

  • Transition Process from Diffuser Stall to Stage Stall in a Centrifugal Compressor with a Vaned Diffuser

    Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta

    International Journal of Rotating Machinery   2017 ( 2861257 )  2017年

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    The transition process from a diffuser rotating stall to a stage stall in a centrifugal compressor with a vaned diffuser was investigated by experimental and numerical analyses. From the velocity measurements, it was found that the rotating stall existed on the shroud side of the diffuser passage in the off-design flow condition. The numerical results revealed the typical vortical structure of the diffuser stall. The diffuser stall cell was caused by the systematic vortical structure which consisted of the tornado-type vortex, the longitudinal vortex at the shroud/suction surface corner (i.e., leading edge vortex (LEV)), and the vortex in the throat area of the diffuser passages. Furthermore, the stage stall, which rotated within both the impeller and diffuser passages, occurred instead of the diffuser stall as the mass flow rate was decreased. According to the velocity measurements at the diffuser inlet, the diffuser stall which rotated on the shroud side was shifted to the hub side. Then, the diffuser stall moved into the impeller passages and formed the stage stall. Therefore, the stage stall was caused by the development of the diffuser stall, which transferred from the shroud side to the hub side in the vaneless space and expanded to the impeller passages.

    DOI

  • Structure of diffuser stall and unsteady vortices in a centrifugal compressor with vaned diffuser

    Fujisawa, Nobumichi, Ikezu, Sota, Ohta, Yutaka

    Proceedings of the ASME Turbo Expo   2D-2016  2016年06月  [査読有り]

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    Copyright © 2016 by ASME.The characteristics of a diffuser rotating stall and the evolution of a vortex generated on the diffuser leading edge (i.e., leading-edge vortex (LEV)) in a centrifugal compressor were investigated using experiments and numerical analyses. The experimental results showed that both impeller and diffuser rotating stalls occurred at 55 and 25 Hz during off-design flow operation. Both the stall cells existed only on the shroud side of the flow passages, which is in close proximity to the source location of the LEV. The numerical results showed that the LEV is a combination of a separated vortex near the leading edge and the extended tip-leakage flow from the impeller. In the partial flow operation, the LEV develops as the velocity decreases in the diffuser passages and forms a huge flow blockage within the diffuser passages. Therefore, the LEV may be considered to be one of the causes of diffuser stall in the centrifugal compressor.

    DOI

  • Unsteady Behavior of Leading-edge Vortex and Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

    Nobumichi Fujisawa, Shotaro Hara, Yutaka Ohta

    JOURNAL OF THERMAL SCIENCE   25 ( 1 ) 13 - 21  2016年02月  [査読有り]

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    The characteristics of a rotating stall of an impeller and diffuser and the evolution of a vortex generated at the diffuser leading-edge (i.e., the leading-edge vortex (LEV)) in a centrifugal compressor were investigated by experiments and numerical analysis. The results of the experiments revealed that both the impeller and diffuser rotating stalls occurred at 55 and 25 Hz during off-design flow operation. For both, stall cells existed only on the shroud side of the flow passages, which is very close to the source location of the LEV. According to the CFD results, the LEV is made up of multiple vortices. The LEV is a combination of a separated vortex near the leading-edge and a longitudinal vortex generated by the extended tip-leakage flow from the impeller. Therefore, the LEV is generated by the accumulation of vorticity caused by the velocity gradient of the impeller discharge flow. In partial-flow operation, the spanwise extent and the position of the LEV origin are temporarily transmuted. The LEV develops with a drop in the velocity in the diffuser passage and forms a significant blockage within the diffuser passage. Therefore, the LEV may be regarded as being one of the causes of a diffuser stall in a centrifugal compressor.

    DOI

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受賞 【 表示 / 非表示

  • ターボ機械協会第76回北見講演会 若手優秀講演賞

    2016年09月  

  • 日本機械学会三浦賞

    2015年03月  

  • 第42回日本ガスタービン学会学生優秀講演賞

    2014年10月  

  • 日本機械学会畠山賞

    2013年03月  

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 遠心圧縮機の非軸対称性により発生する旋回失速の発生機構の解明と実験的検証

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2023年03月
     

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    本研究では、遠心圧縮機の幾何形状および流入条件がもたらす非軸対称性により発生する旋回失速の発生機構を解明し、失速の初生構造を実験により検証することを目的とする。研究計画を以下に示す。1.実機試験により、渦型室により形成される不均一な圧力場および非一様流入条件が旋回失速の初生に与える基本特性を調査する。さらに、2.数値解析により、失速の初生位置およびその発生構造を明らかにし、遠心圧縮機特有の非軸対称条件下での汎用的な失速形成モデルを提案する。3.新たに壁面境界層内のせん断応力を測定する手法を確立・導入し、圧力計測と組み合わせることで、解析により明らかにした失速形成モデルを実験により検証する。本研究では、遠心圧縮機の幾何形状および流入条件がもたらす非軸対称性により発生する旋回失速の発生機構を解明し、失速の初生構造を実験により検証することを目的とする。羽根車下流に渦型室を持つ遠心圧縮機は本質的に非軸対称であり、さらに実用下では、圧縮機入口で偏流・乱れなど非一様な流入となることも少なくない。このため、作動範囲を制限する旋回失速の発生予測は困難であり、発生構造の普遍的な理解も無い。そこで、1.実機試験により、渦型室により形成される不均一な圧力場および非一様流入条件が旋回失速の初生に与える基本特性を調査する。さらに、2.数値解析により、失速の初生位置およびその発生構造を明らかにし、遠心圧縮機特有の非軸対称条件下での汎用的な失速形成モデルを提案する。3.新たに壁面境界層内のせん断応力を測定する手法を確立・導入し、圧力計測と組み合わせることで、解析により明らかにした失速形成モデルを実験により検証する。本年度は,遠心圧縮機全周を対象とした大規模DES解析の結果より、失速点に陥ると舌部を起点とした時計回りに90°離れた位置において、ディフューザ壁面ハブ側からの境界層剥離に起因して、ディフューザ失速が初生していることを明らかにした。さらに、失速セルが旋回するにつれてディフューザ内部の逆圧力勾配の影響により、ハブおよびシュラウドの交互に発生する境界層剥離とともに失速セルは大きく拡大する。最終的に、失速セルは舌部近傍における逆圧力勾配が低下するため、失速セルは縮小および消滅することが分かった。さらに実機試験からも、数値解析と同様に舌部を起点とした時計回りに90°離れた位置においてディフューザ失速がハブ側で初生し、羽根車回転方向に拡大するとともに規模が大きくなることを確かめた。加えて、ディフューザ失速は渦型室の圧力分布により旋回速度を少しずつ変化させながら旋回していることが分かった。数値解析においては、ケーシング領域を含めた大規模解析の数値コストが高く失速セルの発現には時間を要すると予想していたが、比較的順調にデータを取得できた。実機試験では、流速孔および圧力孔の追加加工が順調に進み、予定を上回るスピードでデータ取得が実行できた。一方で、新しくせん断応力計測のための熱戦流速計を購入したが、検定手法の確立に時間を要している。実験および数値解析の結果、当初の予想通りディフューザ失速は壁面境界層により初生していることが明らかとなり、特に舌部付近のディフューザ流路におけるハブ、シュラウド側で交互に発達する境界層剥離が失速セル拡大の重要な役割を果たしていることが分かった。さらに、ディフューザ失速は渦型室の非軸対称な圧力分布の影響により旋回速度や規模が大きく異なることが確認された。そこで、ディフューザ流路周方向での失速挙動の変化を同定するため、周方向の圧力多点計測による空間フーリエ解析手法を導入し、ディフューザ流路における圧力変動の測定実験を新たに研究計画に加えた。1.一様流入条件下の旋回失速の初生機構の解明・失速形成モデルの提案本圧縮機では、流量低下時に羽無しディフューザ流路の舌部を起点とした時計回りに90°離れた位置の境界層剥離から旋回失速が形成されるという知見を得られた。そこで失速初生・発達の形態変化の発生箇所を捉えるために、ディフューザ流路壁面で周方向8点の壁面圧力同時計測を行い、得られた波形に対して空間フーリエ解析を応用した手法により、失速に起因するモード分布を算出する。この解析より、煩雑な波形から失速初生のような微弱な変動を捉え、その旋回速度および規模の拡大を可視化できる。また、本年度と引き続きディフューザ失速の初生から発達する過程での非定常的な渦構造を調査するために、スクロールも含めた圧縮機系全体を対象としたDES解析を用いた数値解析を行う。特に、ディフューザ失速セルの拡大の要因であるハブ、シュラウド側で交互に発達する境界層剥離の発生構造を理解するため、ディフューザ流路内部の渦構造を明らかにする。以上より、ディフューザ流路内での逆圧力勾配の大きさと境界層剥離との関係を調査し、失速の形成モデルを提案する。2.せん断応力計測技術の確立・導入、失速形成モデルの実験的検証本項目は1より提案した失速の形成モデルを検証するため、新たにせん断応力計測技術を確立・導入し、圧力計測と組み合わせることでディフューザ壁面での非定常のせん断応力分布を得るものである。せん断応力計測技術の導入のために、1年目に境界層内流速計の校正技術を確立する。また、複雑な内部流動が非定常的に変化する失速機構を実験的に検証するため、圧力測定による空間フーリエ解析に加え、流速測定を用いた二重位相固定平均法を導入し。失速セルの実験的可視化を行う

  • 遠心圧縮機内部に発生する旋回失速の過渡的特性の解明と失速制御手法の確立

    研究活動スタート支援

    研究期間:

    2016年08月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    圧縮機を実際に運転する際、不安定現象を避けるため、流量マージンを取り運転されている。そのため、不安定現象を制御し作動範囲を広げることで、より高性能な点で運転可能となる。しかし、不安定現象の制御方法は、未だ経験的な手法が多いのが現状である。そこで、本研究は不安定現象の抑制および制御手法を明確に提案するために、遠心圧縮機において、部分流量運転時に発生する旋回失速の発生構造を実機計測および数値解析の両面から調査したものである。その結果、ディフューザに発生する旋回失速の詳細な渦構造およびディフューザ失速が拡大する際の流動現象を解明し、ディフューザ失速の制御手法を明確にした

  • 遠心圧縮機内部に発生する旋回失速の過渡的特性の解明と失速制御手法の確立

    研究活動スタート支援

    研究期間:

    2016年08月
    -
    2018年03月
     

講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Diffuser Rotating Stall Development in a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

    Tetusya Inui, Saki Watanebe, Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta

    発表年月: 2018年08月

  • Interaction between Surge Behavior and Internal Flow Field in an Axial-Flow Compressor

    Yuu Sakata, Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta

    ASME FEDSM 2018  

    発表年月: 2018年07月

  • Evolution Process of Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

    Nobumichi Fujisawa, Tetusya Inui, Yutaka Ohta

    ASME Turbo Expo 2018  

    発表年月: 2018年06月

  • 遠心圧縮機内部に発生するディフューザ失速の流量低下に伴う拡大メカニズム

    乾哲也, 藤澤信道, 太田有

    第45回日本ガスタービン学会定期講演会  

    発表年月: 2017年10月

  • 羽根付ディフューザを有する遠心圧縮機に発生する失速の成長過程

    江間大輝, 藤澤信道, 太田有

    日本流体力学会年会 2017  

    発表年月: 2017年08月

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 遠心圧縮機の羽根無しディフューザ部に発生する旋回失速の発生機構の実験的調査

    2020年  

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    本研究では、遠心圧縮機の幾何形状がもたらす非軸対称性により羽根無しディフューザ部で発生するディフューザ旋回失速の初生機構およびその内部構造を実機計測より解明することを目的とした。ディフューザ流路壁面での壁面圧力測定と流路内での流速測定の同時計測を行い、得られた波形に対して失速セルの旋回周波数にてアンサンブル平均を施した。失速セル前縁にて発達するハブ・シュラウド交互に形成される境界層剥離とケーシングからの逆流が干渉することにより、ディフューザ失速は初生・成長することが明らかとなった。また、数値解析より得られた旋回失速周りの流動構造と同様な傾向が得られることも合わせて確認された。

  • 遠心圧縮機においてサージ点近傍で発生する失速過渡現象の構造解明とその制御

    2018年  

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    本研究は遠心圧縮機において,サージ点近傍で発生する失速過渡現象の構造解明およびその制御を目的とし,数値解析の観点から調査したものである.特に,失速セルがディフューザ流路から羽根車流路側へと拡大していく過渡現象を調査した.非定常DES解析の結果,舌部近傍での圧力上昇によりディフューザ流路スロート部で発生したブロッケージを起点として,羽根車流路への強い逆圧力勾配が形成されることが分かった.また,その逆圧力勾配により,羽根車正圧面後縁において剥離渦および羽根車スロート部での縦渦が成長し失速セルを構成する.以上の結果より,旋回失速の過渡状態における成長過程を明らかにした.

  • 遠心圧縮機においてサージ点近傍にて発生する旋回失速の拡大機構の解明

    2018年  

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    本研究は遠心圧縮機において,サージ点近傍にて発生する旋回失速の拡大機構を実機計測から調査したものである.特に,渦型室が形成する非軸対称の圧力場が旋回失速の初生位置に与える影響を調査した.ディフューザ壁面圧力を周方向に複数流路で測定した結果,運転点に関わらず舌部近傍でディフューザ出口において静圧が上昇することが分かった.失速点において,舌部における静圧上昇の影響により舌部に近いディフューザ流路スロート部にてブロッケージの形成による局所的な圧力上昇が確認できた.以上の結果より,旋回失速の初生箇所と渦型室の非軸対称の圧力場との関係が明らかとなった.

  • 遠心圧縮機ディフューザに発生する旋回失速の構造調査

    2017年  

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    本研究は遠心圧縮機において,部分流量運転時に発生する旋回失速の発生機構を実機計測および数値解析の両面から調査したものである.ディフューザ案内羽根前縁部シュラウド側で発生する竜巻型の渦および負圧面コーナー部での縦渦からなるディフューザ失速は,ディフューザ流路スロート部で発生するブロッケージと干渉し拡大した後に,段失速へと成長する.また,圧縮機子午面方向の壁面圧力測定より,案内羽根スロート部で段失速の初生が確認された後にディフューザ入口部から上流側での圧力上昇を伴いながら,圧縮機全体へと拡大していくことを明らかにした.以上の結果より,旋回失速の初生箇所およびその拡大機構が明らかとなった.

  • 遠心圧縮機において部分流量運転時に発生する非定常流動現象の解明

    2016年  

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    本研究は遠心圧縮機において,部分流量運転時に発生する旋回失速の発生構造を実機計測および数値解析の両面から調査したものである.ディフューザ案内羽根前縁部シュラウド側で発生する竜巻型の渦が,負圧面コーナー部で渦を誘起し,隣接翼へと干渉しながら旋回する.以上の規則的な渦群の旋回が,ディフューザ失速の発生要因であることを明らかにした.さらに流量を減じると,案内羽根前縁部シュラウド側で旋回していたディフューザ失速がハブ側へと移行し,羽根車流路へと拡大し,段全体での失速へと陥る過渡現象を見出した.また,案内羽根スロート部の渦がハブ側にて拡大することが,上記の過渡現象の一要因であることを示唆した.

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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