数値タービンのスーパーコンピューティング

　ターボ機械流れの数値シミュレーション技術は、ここ２０年の間に飛躍的に進歩しており、Fluent,　CFX,　FineTurboに代表されるCFD汎用コードでも、静動翼列多段解析が可能になった。しかしながら、これらは理想気体を仮定した空気流れや、密度変化を無視した水の流れのみが計算対象であり、湿りを伴う流れには、いまだ完全に対応していない。
　我々は、空気流れのみならず、湿り空気、そして湿り蒸気を仮定した、ターボ機械のタービンならびにコンプレッサー多段静動翼列の完全な非定常流れを解析することができる計算コードを開発した。タービンを丸ごと数値解析できるということから、本計算コードを「数値タービン」と命名した。これを用いることにより、航空機用ファンエンジンのみならず、発電用ガスタービン、そして蒸気タービンなど、実在環境を仮定した大規模数値解析が実現できる。さらに、数値タービンは、翼列流路ごとに完全並列化されており、PCクラスタを用いた超並列計算にも対応している。

航空機エンジン・ガスタービンそして蒸気タービン

蒸気タービン２次元二段静動翼列流れの液滴質量分率分布(文献５，６、図をクリックすればアニメーションが見られます）

蒸気タービン三次元二段静動翼列流れの計算結果(左から、ミッドスパンにおけるマッハ数分布、液滴質量分率分布、一段目動翼流路断面の液滴質量分率分布（文献１０、図をクリックすればアニメーションが見られます）



蒸気タービン三次元三段静動翼列流れの計算結果(左から、ミッドスパンにおけるマッハ数分布、液滴質量分率分布、二段目動翼流路断面の液滴質量分率分布（文献１１、図をクリックすればアニメーションが見られます）




非平衡凝縮を仮定した蒸気タービン三次元三段静動翼列流れの計算結果(左から、ミッドスパンにおける液滴質量分率分布、三段目シュラウド付近の液滴質量分率分布（文献１２、図をクリックすればアニメーションが見られます）



実機蒸気タービン低圧最終三段長翼列内部の非平衡凝縮流れを計算した結果(左から、翼表面圧力分布、ミッドスパン液滴質量分率分布（文献１４、図をクリックすればアニメーションが見られます）

参考論文

1. Yasuhiro Sasao and Satoru Yamamoto, Numerical Prediction of Unsteady Flows through Turbine Stator-rotor Channels with Condensation, Proceedings of ASME Fluids Engineering Summer Conference, FEDSM2005-77205(2005), CD-ROM.
2. Yasuhiro SASAO and Satoru YAMAMOTO and Tadashi TANUMA, Numerical Investigation of Condensation and Turbulence in Turbine Stator-rotor Interaction, Proceedings of 2005 Asian Congress on Gas Turbine, (2005), CD-ROM
3. 山本悟，笹尾泰洋，数値タービンのスーパーコンピューティング，ターボ機械，(2006-9)．
4. 笹尾泰洋，山本悟，石坂浩一，大山宏治，多段タービン翼列を通る湿り蒸気流れの数値シミュレーション，日本機械学会論文集B編，73-728(2007), 936-941．
5. Satoru Yamamoto, Yasuhiro Sasao, Shoichiro Sato and Kentaro Sano, Parallel-Implicit Computation of Three-dimensional Multistage Stator-Rotor Cascade Flows with Condensation, 18th AIAA CFD Conference-Miami, AIAA Paper 2007-4460, June, 2007.
6. Satoru Yamamoto, Yasuhiro Sasao, Kentaro Sano, Hiroshi Satsuki, Kouichi Ishizaka and Hiroharu Ooyama, Parallel Computation of Condensate Flows through 2-D and 3-D Multistage Turbine Cascades, Int. Gas Turbine Congress 2007(IGTC'07)-Tokyo, Dec.2007, CD-ROM..
7. 山本悟，マルチフィジックスＣＦＤシミュレーションの産業応用，タービン多段静動翼列を通る湿り蒸気流れの大規模計算，日本流体力学会誌「ながれ」，27(2008-5)，121-126.
8. Yasuhiro Sasao, Hiroto Kato, Satoru Yamamoto, Hiroshi Satsuki, Hiroharu Ooyama, and Kouichi Ishizaka, Numerical and Experimental Investigations of Unsteady 3-D Flow through Two-stage Cascades in Steam Turbine Model, Proc. Int. Conf. on Power Engineering 2009, No.09-205, (2009), 2-479-2-484.
9. 山本悟，蒸気タービン翼列における湿り蒸気流れの数値解法の現状，ターボ機械，(2009-4), 37-44.
10. Satoru Yamamoto, Yasuhiro Sasao, Hiroto Kato, Hiroshi Satsuki, Hiroharu Ooyama, and Kouichi Ishizaka, Numerical and Experimental Investigation of Unsteady 3-D Wet-steam Flows through Two-stage Stator-rotor Cascade Channels, Proc. ASME Turbo Expo 2010, GT2010-22796, (2010), CD-ROM.
11. Satoshi Miyake, Yasuhiro Sasao, Satoru Yamamoto, Soichiro Tabata, Toshihiro Miyawaki and Hiroharu Ooyama, Simulation of Unsteady 3-D Wet-steam Flows through Three-stage Stator-rotor Blade Rows with Equilibrium and Nonequilibrium Condensations, Proc. ASME Turbo Expo, GT2012-68828, (2012), CD-ROM.
12. Satoshi Miyake, Satoru Yamamoto, Yasuhiro Sasao, Kazuhiro Momma, Toshihiro Miyawaki and Hiroharu Ooyama, Unsteady Flow Effect on Nonequilibrium Condensation in 3-D Low Pressure Steam Turbine Stages, Proc. ASME Turbo Expo 2013, San Antonio, GT2013-94832, (2013), CD-ROM.
13. Yasuhiro Sasao, Satoshi Miyake, Kenji Okazaki, Satoru Yamamoto and Hiroharu Ooyama, Eulerian-Lagragian Numerical Simulation of Wet Steam Flow through Multi-stage Steam Turbine, Proc. ASME Turbo Expo 2013, San Antonio, GT2013-95945, (2013), CD-ROM.
14. Satoshi Miyake, Itsuro Koda, Satoru Yamamoto, Yasuhiro Sasao, Kazuhiro Momma, Toshihiro Miyawaki and Hiroharu Ooyama, Unsteady Wake and Vortex Interactions in 3-D Steam Turbine Low Pressure Final Three Stages, Proc. ASME Turbo Expo 2014, Dusseldorf, GT2014-25491, (2014), CD-ROM.
15. Satoshi Miyake, Hironori Miyazawa, Satoru Yamamoto, Yasuhiro Sasao, Kazuhiro Momma,Hiroharu Ooyama and Toshihiro Miyawaki, Unsteady Wet-steam Flows through Low Pressure Turbine Final Three Stages considering Blade Number, Proc. ASME Turbo Expo 2015, Montreal, GT2015-42366, (2015), 11 pages.