【目的】効率的な気膜冷却技術は、ガスタービンタービン前温度を上げてガスタービンの熱効率を向上させる重要な手段であり、最適な気膜孔および流路形状はガスタービン熱端部品の気膜冷却効率向上の重要な方法となっている。【方法】気膜孔の孔型構造をパラメトリックに処理し、相対座標および角度を入力パラメータとして選定された入力パラメータ範囲内でサンプリングを行い、BPニューラルネットワークと遺伝的アルゴリズムを組み合わせて、気膜孔の冷却効率を目標としたパラメータ最適化を行った。気膜孔の流路形状と孔傾角が気膜冷却効率に及ぼす影響を検討した。【結果】結果は、最適方案の気膜孔は円柱孔と比較して展方向幅が広く、展方向両端に小さな外縁開角があり、流向長さは円柱孔と同じであり、後縁に小角度の突出があることを示した。気膜孔展方向幅が同じで流路が滑らかな場合、最適方案の面平均冷却効率は簸箕型気膜孔に比べて18.28%向上した。最適孔型の場合、滑らかな流路は滑らかでない流路案に比べ面平均冷却効率を5.3%向上させた。最適化された気膜孔は、主流が両側から冷却流下方に巻き込まれる傾向を抑制し、腎状渦の回転方向を変えた。吹き比1および孔傾角30°、45°、60°の場合、この気膜孔構成は円柱孔に比べて面平均気膜冷却効率をそれぞれ814.6%、1,002.4%、772.7%向上させた。【結論】最終的に最適化された新型気膜孔は、腎状渦対の強度を低減し、冷却気流の壁付性を強化し、気膜孔下流の平板壁面冷却効率の低下を遅延させる。最適化された気膜孔方案は、孔傾角が大きくなった平板壁面においても高い冷却効率を保持し、より広い孔傾角適応性を持つ。

気膜冷却;数値シミュレーション;機械学習;ニューラルネットワーク;遺伝的アルゴリズム