ロケット燃焼器を想定した定量的レーザー計測の確立による極限環境現象の解明
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21J12839
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
樋口 靖浩 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 高圧燃焼 / レーザー計測 / OH-PLIF / 定量計測 / ロケット燃焼 / OH濃度 / OH平面レーザー誘起蛍光 / 拡散火炎 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，ロケットエンジン内を想定した高圧高温の燃焼場に対して，火炎の断面を撮影することができるOH-PLIF計測手法を適用することを一つの目標としている．火炎の断面から取得されるデータは希少であり，火炎基部の安定化機構の予測等に使用できるとされている．また，OH-PLIF計測は火炎断面の温度分布および化学種濃度分布の定量的な推定が可能であるため，数値計算も実施し，その精度向上に役立てることを目標とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロケットエンジン内部の燃焼現象を可視化する計測技術の高度化およびその燃焼現象の解明が本研究の目的である． OH-平面レーザー誘起蛍光(OH-PLIF)計測は火炎の断面を撮影する手法として利用されてきたが，ロケット燃焼特有の高圧高温・推進剤が超臨界流体となる条件への適用は困難であった．本研究は，OH(2,0)励起手法の開発に取組み，最大5.0 MPaのガス水素／ガス酸素(GH2/GO2)ロケット燃焼おいて計測のSignal-to-noise ratio (S/N)を改善し，鮮明なOH-PLIF画像の取得に成功した．取得された火炎の断面像を用いて，圧力・噴射レイノルズ数条件に対する反応帯の依存性を明らかにした．しかし，実機に近いガス水素／液体酸素(GH2/LOX)燃焼では，LOXによって入射レーザー光が散乱されるため，S/Nが著しく低下した．計測手法の高度化に取組み，GH2/LOX燃焼ではOH(2,0)励起OH(2,2)蛍光計測が適当であることを明らかにした．同手法は，強烈なノイズとして干渉するレーザーのミー散乱光(263 nm付近)や液体酸素のラマン散乱光(274 nm付近)と比べ，波長域が大きく離れたOH(2,2)バンド蛍光(320 nm)のスペクトルを撮影することが特徴である．OH(2,0)励起OH(2,2)蛍光計測手法を最大7.0 MPaのGH2/LOX燃焼に適用した結果，S/Nが良好なOH-PLIF画像の取得に成功した．申請者の知る限り，最大7.0 MPaのGH2/LOX燃焼の火炎断面を取得した前例はなく，本研究で提案した手法は燃焼現象の解明に資すると考えられる．また，高圧高温燃焼に対する定量的なLIF計測の取組みでは，最大3 MPaのGH2/GO2ロケット燃焼に対して，OH(2,0)励起双方向LIF計測を行うことでOH濃度を推定し，数値計算との比較を行った．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
