| Project/Area Number |
20J01907
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
|---|
Principal Investigator |
坂本 勇樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所宇宙飛翔工学研究系, 助教
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
|
| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
|
|---|
| Keywords | 液体水素 / ボイド率 / 熱伝達率 / 流動様式 / 気液二相流 / 1Dシミュレーション |
|---|
| Outline of Research at the Start |
極低温混相流の熱流動現象の解明を目的に以下の2項目に取り組む．
【課題1】高精度・高信頼のボイド率測定技術の開発：絶縁部品を可能な限り排除した複数極板静電容量型ボイド率計を電場解析によって最適設計することで，堅牢性と計測精度の両立する革新的なボイド率測定手法を開発する．
【課題2】ボイド率測定技術に基づく極低温流体の熱流動特性の解明：流体圧力250kPA～500kPaA，配管径10mm/15mmにおける沸騰水素流動試験を行い，流体物性と流路径が熱流動特性に与える影響を解明する．さらに沸騰水素の熱流動特性モデルを構築し，相変化・流動様式遷移等を考慮した1次元の配管計算コードを構築する．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
液体水素は航空宇宙分野における燃料として使用されるのみならず，地上社会でのエネルギー輸送手段としてなど，その需要は増加している．液体水素はエネルギー密度の観点で優位である一方，大気圧での沸点が-253℃と低く，容易に沸騰するという課題がある．特に配管内で沸騰し気液二相流状態に遷移すると，空間的・時間的にダイナミックに流動状態が変動するため，ロケット運用等では気液二相流状態を避ける運用がなされている．これに対して，より高効率かつより安全な宇宙輸送やエネルギー輸送を実現するには，沸騰状態を含めて液体水素の流動制御を行うことが必須となる．
２０２１年度は，①沸騰状態を含めた水素の配管流動シミュレーターの開発，②堅牢なボイド率測定技術の開発，③沸騰水素の流動特性取得試験準備に取り組んだ．①に関しては，市販の物理モデルシミュレーターをベースに，沸騰水素に適用可能な独自の熱流動モデルを組み込んだ．これにより非定常の１次元解析を実現し，サブクール沸騰から発達した核沸騰領域の熱伝達率を高精度に推定できることから，定量的にも実験と一致する結果を得ている．②に関しては，博士課程時に所属していた研究室との協力のもと，沸騰水素に適用可能なセンサの開発を行い，水素流動配管への適用を行った．定量的な比較には至っていないものの，液体水素環境下で気液混合特性を計測できること，極低温環境でもリーク等の異常が生じないことを確認している．③に関しては，昨年度課題となった供試体入口での熱侵入を解消すべく，入熱の小さな流量計測法を検討した．また，年度末の試験を目指し，ボイド率計の製作等を実施し試験準備を完了した．なお試験自体は１２月末での身分変更に伴い実施を見送っている．
|
| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
|
