氏名

フジサワ ノブミチ

藤澤 信道

職名

講師(任期付) (https://researchmap.jp/7000017456/)

所属

(基幹理工学部)

連絡先

URL等

WebページURL

http://www.aoni.waseda.jp/nobumichi-fuji/index.html

研究者番号
10778153

学歴・学位

学位

工学博士 早稲田大学

所属学協会

日本機械学会

ガスタービン学会

受賞

日本機械学会畠山賞

2013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

日本機械学会三浦賞

2015年03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

研究分野

キーワード

流体工学

科研費分類

工学 / 機械工学 / 流体工学

論文

Unsteady Behavior of Leading Edge Vortex and Diffuser Stall Inception in a Centrifugal Compressor

Nobumichi Fujisawa;Shotaro hara;Yutaka Ohta;Takashi Goto

Proceedings of ASME 2014 4th Joint US-Europian Fluids Engineering Division Summer MeetingFEDSM2014-212422014年08月-2014年08月 

DOI

詳細

概要:Experiments and numerical analyses were used to investigate the unsteady behavior of a vortex generated on the leading-edge of a diffuser (i.e., leading-edge vortex (LEV)) and the diffuser stall inception in a centrifugal compressor equipped with vaned diffusers. The LEV is distinct from the separation vortex of the diffuser’s leading edge and passage vortex of the diffuser; it is generated by the accumulation of vortices caused by the velocity gradient of the impeller discharge flow. The LEV increases with decreasing velocity in the diffuser passage and forms a huge flow blockage within the diffuser passage. Therefore, the LEV may help cause the diffuser stall inception in the centrifugal compressor. A diffuser vane, that was tapered only on the hub side was designed and used in the experiment. The results of the computational fluid dynamics analysis and experiments showed that the tapered diffuser vane can suppress LEV evolution during off-design operations. Therefore, the tapered diffuser vane may control the diffuser stall inception in a centrifugal compressor by suppressing LEV evolution.

Unsteady Behavior and Control of Vortices in Centrifugal Compressor

Ohta, Yutaka; Fujisawa, Nobumichi

Journal of Thermal Science23(5)p.401 - 4112014年10月-2014年10月 

DOI

詳細

概要:Two examples of the use of vortex control to reduce noise and enhance the stable operating range of a centrifugal compressor are presented in this paper. In the case of high-flow operation of a centrifugal compressor with a vaned diffuser, a discrete frequency noise induced by interaction between the impeller-discharge flow and the diffuser vane, which appears most notably in the power spectra of the radiated noise, can be reduced using a tapered diffuser vane (TDV) without affecting the performance of the compressor. Twin longitudinal vortices produced by leakage flow passing through the tapered portion of the diffuser vane induce secondary flow in the direction of the blade surface and prevent flow separation from the leading edge of the diffuser. The use of a TDV can effectively reduce both the discrete frequency noise generated by the interaction between the impeller-discharge flow and the diffuser surface and the broadband turbulent noise component. In the case of low-flow operation, a leading-edge vortex (LEV) that forms on the shroud side of the suction surface near the leading edge of the diffuser increases significantly in size and blocks flow in the diffuser passage. The formation of an LEV may adversely affect the performance of the compressor and may cause the diffuser to stall. Using a one-side tapered diffuser vane to suppress the evolution of an LEV, the stable operating range of the compressor can be increased by more than 12 percent, and the pressure-rise characteristics of the compressor can be improved. The results of a supplementary examination of the structure and unsteady behavior of LEVs, conducted by means of detailed numerical simulations, are also presented.

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と前縁渦の関係

Fujisawa, Nobumichi; Hara, Shotaro; Ohta, Yutaka

日本機械学会論文集81(829)2015年09月-2015年09月 

DOI

詳細

概要:The experimental and CFD analysis were conducted to investigate the relationship between stall and leading-edge vortex (LEV) in a centrifugal compressor with vaned diffuser. The LEV is distinct from the separating vortex of the diffuser leading-edge and passage vortex of the diffuser. The LEV is made up of two longitudinal vortices. It is produced by the accumulation of vortices caused by the velocity gradient of the impeller-discharge flow. According to the experimental results, both the impeller and diffuser rotating stalls occurred at 55 and 25 Hz during off-design flow operation. Both stall cells were existed only on the shroud side of the flow passages, which is very close to the source location of the LEV. Additionally, the intensity and scale of the diffuser stall fluctuation are much larger than those of the impeller stall fluctuation. Therefore, the unsteady behavior of the LEV may play an important role in the inception of the rotating stall. According to the CFD results, the size of the LEV doesn't change, and the LEV is comparatively stable in the designed flow operation. On the other hand, the LEV develops and forms a huge flow blockage within the diffuser passages during off-design operation. Therefore, the LEV may be considered to be one of the causes of the diffuser stall in the centrifugal compressor.

遠心圧縮機の羽根車翼端隙間が内部流れに及ぼす影響

黒田 未来;池津 聡太;藤澤 信道;太田 有

流体工学部門講演会講演論文集2015p."1615 - 1"-"1615-3"2015年11月-2015年11月 

詳細

ISSN:13480251

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 Expo2D-20162016年06月-2016年06月 

DOIScopus

詳細

概要: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.

Unsteady behavior of leading-edge vortex and diffuser stall in a centrifugal compressor with vaned diffuser

Fujisawa, Nobumichi; Hara, Shotaro; Ohta, Yutaka

Journal of Thermal Science25(1)p.13 - 212016年02月-2016年02月 

DOIScopus

詳細

ISSN:10032169

概要:© 2016, Science Press, Institute of Engineering Thermophysics, CAS and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.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.

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

Nobumichi Fujisawa,Yutaka Ohta

International Journal of Rotating Machinery2017(2861257)2017年06月-2017年06月 

DOI

詳細

概要: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.

Effects of Diffuser Vane Geometries on Compressor Performance and Noise Characteristics in a Centrifugal Compressor

Yohei Morita; Nobumichi Fujisawa; Tahashi Goto; Yutaka Ohta

Proceedings of the ASME 2013 Fluids Engineering Division Summer Meeting2013年07月-2013年07月 

DOI

詳細

概要:The effects of the diffuser vane geometries on the compressor performance and noise characteristics of a centrifugal compressor equipped with vaned diffusers were investigated by experiments and numerical techniques. Because we were focusing attention on the geometries of the diffuser vane’s leading edge, diffuser vanes with various leading edge geometries were installed in a vaned diffuser. A tapered diffuser vane with the tapered portion near the leading edge of the diffuser’s hub-side could remarkably reduce both the discrete frequency noise level and broadband noise level. In particular, a hub-side tapered diffuser vane with a taper on only the hub-side could suppress the development of the leading edge vortex (LEV) near the shroud side of the diffuser vane and effectively enhanced the compressor performance.

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)p.11 - 192017年11月-2017年11月 

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

Nobumichi Fujisawa,Tetusya Inui,Yutaka Ohta

Proceedings of ASME Turbo Expo 20182018年06月-2018年06月 

DOI

講演・口頭発表等

Unsteady Behavior of Leading Edge Vortex and Diffuser Stall Inception in a Centrifugal Compressor

Nobumichi Fujisawa;Shotaro hara;Yutaka Ohta;Takashi Goto

2014年08月03日

Experiments Investigation of Three-dimensional Structure of Rotating Instability Vortex in a Centrifugal Compressor

Yasuyuki Fukuda;Yuta Itagaki; Nobumichi Fujisawa;Yutaka Ohta

2014年08月18日

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と前縁渦の関係

日本ガスタービン学会定期講演会2014年10月22日

遠心圧縮機ディフューザ前縁部に発生する非定常渦の構造

藤澤信道;原昇太郎;太田有

第8回 送風機・圧縮機の騒音と性能研究文科会2015年05月07日

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

Nobumichi Fujisawa;Shotaro hara;Yutaka Ohta

2015年07月13日

遠心圧縮機内部に発生する旋回失速と非定常渦の構造

池津聡太;藤澤信道;太田有

第43回 日本ガスタービン学会定期講演会2015年09月08日

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

Nobumichi Fujisawa;Sota Ikezu;Yutaka Ohta;

The 4th Japan Korea Joint Workshop on Fans and Compressor2015年10月28日

遠心圧縮機の羽根車翼端隙間が内部流れに及ぼす影響

黒田 未来;池津 聡太;藤澤 信道;太田 有

流体工学部門講演会2015年11月07日

Characteristics of Diffuser Stall and Diffuser Leading-edge Vortex in a Centrifugal Compressor

Nobumichi Fujisawa;Shotaro hara;Yutaka Ohta

2015年11月15日

Stall Characteristics of a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

Sota Ikezu,Nobumichi Fujisawa,Yutaka Ohta

6th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science2016年09月20日

Investigation of Unsteady Flow Field under Developed Rotating Stall in a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

Sota Ikezu,Nobumichi Fujisawa,Yutaka Ohta

The 5th Korea-Japan Joint Workshop on Fans and Compressors2016年11月03日

過給機用遠心圧縮機内部に発生するディフューザ失速の構造と非定常挙動

藤澤信道,池津聡太,太田有

第9回 送風機・圧縮機の騒音と性能研究文科会2016年07月08日

遠心圧縮機ディフューザに発生する失速の非定常挙動

藤澤信道,池津聡太,太田有

ターボ機械協会 第76回北見講演会2016年09月29日

羽根付ディフューザを有する遠心圧縮機に発生するディフューザ失速の旋回構造

池津聡太,江間大輝,藤澤信道,太田有

第44回 日本ガスタービン学会定期講演会2016年10月25日

遠心圧縮機内部に発生する旋回失速の流量低下に伴う過渡特性

江間大輝,池津聡太,藤澤信道,太田有

日本機械学会 第94期 流体工学部門 講演会2016年11月12日

Unsteady Behavior of Diffuser Stall in a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

Nobumichi Fujisawa,Ema Daiki,Yutaka Ohta

ASME Turbo Expo 2017,2017年06月26日

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 20172017年08月31日

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2017年10月18日

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

Nobumichi Fujisawa,Tetusya Inui,Yutaka Ohta

ASME Turbo Expo 20182018年06月11日

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

Yuu Sakata,Nobumichi Fujisawa,Yutaka Ohta

ASME FEDSM 20182018年07月15日

Diffuser Rotating Stall Development in a Centrifugal Compressor with Vaned Diffuser

Tetusya Inui,Saki Watanebe,Nobumichi Fujisawa,Yutaka Ohta

2018年08月22日

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:研究活動スタート支援

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

2016年08月-2018年03月

配分額:¥2600000

研究種別:

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

2016年-0月-2018年-0月

配分額:¥2600000

研究種別:

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

2019年-0月-2023年-0月

配分額:¥4420000

学内研究制度

特定課題研究

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年度

研究成果概要: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...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.

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年度

研究成果概要: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...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年度

研究成果概要: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...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年度

研究成果概要: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DE...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.

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
理工学基礎実験2A 機械・航空基幹理工学部2019春学期
流体の力学2基幹理工学部2019秋学期
流体の力学2基幹理工学部2020秋学期
流体の力学2  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019秋学期
流体の力学2  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2020秋学期
機械科学・航空実験1基幹理工学部2019春学期
機械科学・航空実験1基幹理工学部2020春学期
機械科学・航空実験1  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019春学期
機械科学・航空実験1  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2020春学期
機械科学・航空実験2基幹理工学部2019秋学期
機械科学・航空実験2基幹理工学部2020秋学期
機械科学・航空実験2  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019秋学期
機械科学・航空実験2  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2020秋学期
高速流体力学基幹理工学部2019春学期
高速流体力学基幹理工学部2020春学期