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

  • Generation Mechanism of Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor with Vaneless Diffuser

    Nobumichi Fujisawa, Kenta Tajima, Hiroshi Miida, Yutaka Ohta

    Journal of the Global Power and Propulsion Society   4   190 - 201  2020年12月

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    The generation mechanism of a diffuser stall in a centrifugal compressor with a vaneless diffuser was investigated by experimental and computational analyses. The diffuser stall generated as the mass flow rate decreased. The diffuser stall cell rotated at 25-30 % of the impeller rotational speed, with diffuser stall fluctuations observed at 180° from the cutoff. The diffuser stall fluctuation magnitude gradually increased near the cutoff. According to the CFD analysis, the mass flow fluctuations at the diffuser exit showed a low mass flow region, rotating at approximately 25% of the impeller rotational speed. They began at 180° from the cutoff and developed as this region approached the cutoff. Therefore, the diffuser stall could be simulated by CFD analysis. First, the diffuser stall cell originated at 180° from the cutoff by interaction with boundary separation and impeller discharge vortex. Then, the diffuser stall cell further developed by boundary separation accumulation and the induced low velocity area The low velocity region formed a blockage across the diffuser passage span. The diffuser stall cell expanded due to boundary separation caused by a positive flow angle. Finally, the diffuser stall cell vanished when it passed the cutoff, because mass flow recovery occurred.

    DOI

  • The Unsteady Behavior of Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor With Vaneless Diffuser

    Hiroshi Miida, Kenta Tajima, Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta

    Volume 1: Fluid Applications and Systems; Fluid Measurement and Instrumentation    2020年07月

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    <title>Abstract</title>
    The unsteady diffuser stall behavior in a centrifugal compressor with a vaneless diffuser was investigated by experimental and computational analyses. The diffuser stall generated as the mass flow rate decreased. The diffuser stall cell rotated at 25–30% of the impeller rotational speed, with diffuser stall fluctuations observed at 180° from the cutoff. The diffuser stall fluctuation magnitude gradually increased near the cutoff. Based on diffuser inlet velocity measurements, the diffuser stall fluctuations generated near both the shroud and hub sides, and the diffuser stall appeared at 180° and 240° from the cutoff. According to the CFD analysis, the mass flow fluctuations at the diffuser exit showed a low mass flow region, rotating at approximately 25% of the impeller rotational speed. They began at 180° from the cutoff and developed as this region approached the cutoff. Therefore, the diffuser stall could be simulated by CFD analysis. First, the diffuser stall cell originated at 180° from the cutoff by interaction with boundary separation and impeller discharge vortex. Then, the diffuser stall cell further developed by boundary separation accumulation and the induced low velocity area, located at the stall cell center. The low velocity region formed a blockage across the diffuser passage span. The diffuser stall cell expanded in the impeller rotational direction due to boundary separation caused by a positive flow angle. Finally, the diffuser stall cell vanished when it passed the cutoff, because mass flow recovery occurred.

    DOI

  • Effect of Forward-Swept Rotor on Stall Margin in an Axial Flow Compressor at Distorted Inflow Condition

    Kyonosuke Hamaguchi, Yuu Sakata, Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta, Dai Kato

    International Journal of Gas Turbine, Propulsion and Power Systems   11 ( 4 ) 13 - 21  2020年

    DOI

  • Rotor Performance of an Axial Flow Compressor at Free and Highly Loaded Windmilling Conditions

    Wenbo Zhang, Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta, Takashi Goto, Dai Kato

    International Journal of Gas Turbine, Propulsion and Power Systems   11 ( 2 ) 17 - 26  2020年

    DOI

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 流体の力学

    太田 有, 藤澤 信道

    共立出版  2020年03月 ISBN: 4320082230

    ASIN

受賞 【 表示 / 非表示

  • 2018 ASME Turbo Expo Best Paper

    2019年06月  

  • 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

講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Behavior of Vaneless Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor

    Yuki Agari, Yoshifumi Yamao, Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta

    Asian Congress on Gas Turbine 2020  

    発表年月: 2021年08月

  • Rotating Mechanism of Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor with Vaneless Diffuser

    Nobumichi Fujisawa, Yuki Agari, Yoshifumi Yamao, Yutaka Ohta

    ASME 2021 Turbo Expo  

    発表年月: 2021年06月

  • 軸流圧縮機のウインドミル条件における非定常流れに翼端隙間が及ぼす影響

    関野諒輔, 藤澤信道, 太田有

    第34回数値流体力学シンポジウム  

    発表年月: 2020年11月

  • 軸流圧縮機の流入条件および翼蛋隙間の大きさの違いによる失速初生形態への影響

    荒田康太朗, 藤澤信道, 太田有, 加藤大

    日本機械学会第98期流体工学部門講演会  

    発表年月: 2020年11月

  • Effect of Unsteady Vortex Behavior on Noise Characteristics in a Centrifugal Compressor

    Kenta Tajima, Hiroshi Miida, Nobumichi Fujisawa, Yutaka Ohta

    ISROMAC 2020  

    発表年月: 2020年11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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