高速度濃度履歴が取得可能な超音速流用水素濃度プローブに関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450390
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 永田 晴紀 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40281787)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新井 隆景 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10175945) ; 戸谷 剛 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00301937) ; 工藤 勲 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10281784)
• Keywords: スクラムジェットエンジン / 超音速燃焼 / せん断混合 / 触媒燃焼

Research Abstract

次世代の極超音速旅客機用エンジンとして注目されているスクラムジェットエンジンの技術的な課題として,超音速流中でいかに速やかに空気と燃料の混合を行うかということが挙げられる.この課題を解決するためには,超音速混合場の定量的な評価が必要である.研究者らはこれまで,安価かつ簡便な水素濃度評価方法として,触媒反応を利用した水素濃度プローブを提案してきた、これまでの研究で,触媒反応は触媒表面への化学種の輸送が律速段階であり,触媒反応発熱量から水素濃度を定量的に評価できることが明らかになった.
この手法を乱流混合場に適用し,乱流構造に起因する高速な濃度変動履歴を計測するためには,プローブが水素濃度の変化に追従できるほど速い応答速度をもつ必要がある.そこで,プローブの水素濃度変動に対する応答速度を評価するため,衝撃波管により水素濃度が不連続に変化する波面を発生させ,プローブの応答速度を調べた.衝撃波管は試験部が10 mm×10 mmの矩形で,隔膜を挟んで上流側は水素/空気混合気を満たした高圧室,下流は低圧風洞で,初期圧力を真空とする.プローブには白金線もしくはニッケル線を用いる.ともに,線径0.025 mm,長さ2 mmである.プローブは低圧風洞に設置されている.隔膜を激針で破裂させることにより,気流が低圧室に流れ込む.
実験の結果,プローブ近傍で圧力が0から定常値に立ち上がるまで0.7 msを要し,水素濃度プローブの出力もこれに追随して立ち上がることが明らかになった.すなわち,水素濃度プローブの応答速度は,本衝撃波管で発生させた波面では計測できないほど早いといえる.今後は,高圧室と低圧室の圧力比を調整し,より鋭い不連続面を発生させて応答速度の計測を行う予定である.

Research Products

• [Publications] H.Nagata 他4名: "Evaluation of Mass Transfer coefficient and Hydrogen concentration in Supersonic Flow by Using Catalytic Reaction"Proceedings of the Combustion Institute. Vol.28印刷中.
• [Publications] 新井 他4名: "触媒反応を用いた水素-空気2次元超音速乱流混合層の水素濃度測定"第38回燃焼シンポジウム講演論文集. 463-464 (2000)
• [Publications] 新井 他4名: "空気-水素2次元超音速混合層の白金触媒反応を用いた水素濃度分布測定"日本機械学会論文集. (掲載決定).