1994 Fiscal Year Annual Research Report
作動流体フラッシュ蒸発を伴う超音速マイクロノズルのチョーク現象の解明と応用
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06452176
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Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松尾 一泰 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (30037759)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮里 義昭 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (30253537)
青木 俊之 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 助教授 (20150922)
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| Keywords | 圧縮性流体 / 超音速ノズル / チョーク現象 / フラッシュ蒸発 / マイクロノズル |
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| Research Abstract |
本年度の研究により得られた成果の概要は次の通りである。
1.高温高圧の圧縮液がノズルにより等エントロピー膨張を行う場合、ノズル上流のよどみ点状態の圧力P_oから、等エントロピー変化により温度と圧力が減少し、飽和状態(この状態の圧力をP_sとする)に達すると、液体の中に小さな気泡が多数発生する。このフラッシュ蒸発により、液体の圧縮性は飽和状態に達した瞬間に急激に大きくなる。
2.飽和状態に達することによる圧縮性の急激な増大により、飽和状態を堺にして、音速は不連続的に減少する。このため、P_oがP_sより十分大きい場合には、飽和状態に達した瞬間に流れのチョークが起こり、スロートを通る質量流量はスロート上流の状態のみに依存し、下流の状態には依存しないようになる。
3.P_oがP_sよりあまり大きくない場合には、飽和状態に達して流れはチョークせず、そのままノズル内で膨張が続けられ、気液二相流となり、膨張とともに全質量に対する気相質量が増加する。このため、流れのチョークが起こる。
4.気体のみの単相流が超音速ノズルで加速される場合、気体の粘性によりノズル壁面に乱流境界層が発生する。境界層の排除厚さと運動量厚さとの比は、主流マッハ数に強く依存し、流れ方向の距離と主流の条件に基づいたレイノルズ数にはほとんど依存しない。また、運動量厚さと境界層厚さの比はマッハ数にもレイノルズ数にもほとんど依存しない。なおノズル内に発達する乱流境界層を計算するために妥当な速度分布指数と局所摩擦係数を明らかにした。
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