Investigation of mixing and diffusion mechanisms with phase-separation of multi-component fluid under cryogenic high-pressure conditions
| Project/Area Number |
23K22955
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| Project/Area Number (Other) |
22H01686 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
坪井 伸幸 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40342620)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺本 進 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30300700)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | ロケット / 航空宇宙 / 流体工学 / 熱工学 / 水素 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の概要は，極低温超臨界圧下において，効率的な解析手法を導入した非定常数値解析と高圧試験装置を用いて，ロケットエンジンやガスタービンエンジンなどで現れる，相分離を伴う多成分流体の混合拡散機構の解明を行う研究である．具体的な研究対象としては，化学種が異なる相分離を伴う流体の流動構造を明らかにするものである．
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)数値解析による遷臨界・超臨界流体の解析：遷臨界圧/超臨界圧の条件下における高密度比の接触面の2次元移流問題についてEnergy-based（EB:完全保存形）およびPressure-based（PB:圧力発展方程式を用いた準保存形）の支配方程式を用いるハイブリッド法(EB/PB)の構築をおこなった．また，圧力発展方程式とは別に，同様の条件下でも解析可能なDouble-Flux法(DF)，EB法とDF法のハイブリッド法(EB/DF)についても構築した．10 MPaの圧力条件下で150 Kの水素が100 Kの酸素中に噴射される問題を解析した．その結果，上記の2種類のハイブリッド法(EB/PB, EB/DF)はエネルギー保存誤差を数%まで低減でき，虚偽の圧力振動も低減できていることが確認できた．また，数値不安定的な問題もハイブリッド法を用いることで改善できた．
(2)実験解析：超臨界同軸噴流の混合機構で重要となる，上流部の軸対称変動から下流部のヘリカル変動への遷移過程を明らかにするために，噴流のバックライト画像を高速度カメラで撮影した画像解析を試みた．ヘリカル変動が生じると剪断層平均位置上の輝度x-t図上に低輝度領域が生じることを利用して，ヘリカル変動の発生起点および移流速度を検出した．高速度カメラ画像からヘリカル変動移流に沿って移動する画像枠を切り出し，ヘリカル変動の初生領域を詳細に観察した結果，上流域の不安定波内に存在する局所的に混合層の厚い領域が，下流域のヘリカル変動に発展することを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
最も難しい，異化学種の接触面を安定に解析できるハイブリッド解法の開発・改良に時間を要した．
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| Strategy for Future Research Activity |
対面でのミーティングが可能でなってきたため，半年に一度対面でミーティングを行い，研究方法や研究結果の議論を行うことで研究を加速する．また，積極的に研究成果を学術雑誌に発表することで，研究成果に対する議論や助言を受ける．
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
