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ガスタービン燃焼器の非定常燃焼現象の計測・解析技術開発

燃焼

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齋藤 敏彦

齋藤 敏彦

総合研究所

2003年入社
航空宇宙システム専攻 修了

技術紹介

ガスタービン燃焼器の開発には何が重要ですか?

複雑な乱流現象の理解です。

ガスタービンは火力発電所で発電機を回すために使われるエンジンで、基本的な構造は飛行機のジェットエンジンに似ています。そのエンジンの中で、燃焼器では空気と燃料を混合・燃焼させることによりタービンを駆動するための燃焼ガスを生成しており、心臓部ともいえる重要な部品の一つです。
混合や燃焼反応は複雑な乱流状態で行われており、基本的に非定常な挙動を示します。燃焼器内部の安定性は発電機の運用に大きな影響を与えるため非常に重要です。この燃焼器内部の現象を把握し、それを考慮した設計を行うために計測技術と解析技術の両面からのアプローチを行っています。

計測技術・解析技術としては何をしていますか?

最先端の計測技術・解析技術を開発・適用しています。

計測技術としては、光学計測手法の平面レーザ誘起蛍光法(Planar Laser Induced Fluorescence, 以下PLIF)を適用しています。これは、火炎中にある微量化学種をレーザで発光させて火炎の瞬時の断面形状を可視化することができる技術です。本計測技術をガスタービン燃焼器へ適用するための技術を開発しています。
解析技術としては、数値流体力学(Computatinal Fluid Dynamics、以下CFD)を研究・設計で活用しています。燃焼器内部で時々刻々と変化する混合や燃焼現象の非定常現象を予測するため、CFDの中でも最先端の手法であるLES(Large Eddy Simulation)を使ったガスタービン燃焼器内部現象の予測技術を開発しています。

写真:ガスタービン燃焼器

実際の製品への貢献を聞かせてください。

製品の信頼性向上に貢献しています。

非定常的に火炎が変動する燃焼振動が実機で発生すると燃焼器自体が損傷することがあり、燃焼振動抑制は非常に重要な課題です。燃焼器の開発において、燃焼振動発生時にどのように火炎が変動しているのか詳細に把握することが必要不可欠ですが、これまで現象がわかっていませんでした。計測技術と解析技術それぞれ単体では得られる情報に限界がありますが、組み合わせることにより詳細に現象を理解することができるようになります。
研究の結果から、物理現象の新たな知見を得られることはとても刺激的であり、意欲も高まります。

図:火炎のサーモグラフィ

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