2003 Fiscal Year Annual Research Report
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14350505
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| Research Institution | TOHOKU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
新岡 嵩 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90208108)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花井 宏尚 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (30312664)
小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30170343)
升谷 五郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20271869)
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| Keywords | 衝撃波 / 超音速燃焼 / スクラムジェット / 水素噴流 |
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| Research Abstract |
本研究は、低飛行マッハ数におけるスクラムジェット燃焼器での燃焼と衝撃波の干渉に関する現象の解明を行うため、代表的な系として壁面からの水素燃料の垂直噴射場に衝撃波を入射させた系を取上げ、実験と数値計算の両面から保炎性能に関する基礎研究を行った。
1.燃料噴射スリットの上流側に衝撃波を入射した場合、剥離衝撃波の発生位置が上流側に移動し、剥離域が拡大した。これにより、主流全温740Kにおいても保炎することができた。低い主流全温・噴射全圧において、特別な保炎器を用いなくとも予燃焼と衝撃波のみで保炎できることを実験的に示した。
2.燃焼数値解析に要求される少メモリ、低演算量、高安定性を満たす数値解析法として、LU-SGS法を改良した。並列化不可能なアルゴリズムであるLU-SGS法を領域分割法で仮想的に並列化し、高い実行性能を得た。
3.数値計算結果は、噴射温度が高く当量比が小さい場合は下流側剥離域に衝撃波を入射した方が燃焼反応は促進されることを示した。このことを実験結果と比較すると、衝撃波発生板を用いない場合よりも小さい当量比において保炎性能が高いことと一致する。しかしながら、上流側剥離域への水素の乱流拡散が十分に解析できなかったため、衝撃波をこの領域に入射した場合の保炎を数値計算で再現することはできなかったが、そのほかの数値計算結果は概ね実験結果を立証することができる。
4.続いて、実験上の制約のため熱閉塞し易いのでスリット噴射を単一孔噴射にして実験を進めた。基本的傾向に違いは生じないが、より高い噴射圧で実験することが可能となった。また、PTVとCFDをリンクすることで、超音速流中の新しい計測法を開発した。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] 新岡 嵩ほか: "超音速流における各種プラズマトーチの保炎性能の比較"第40回燃焼シンポジウム. 40. 209-210 (2003)
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[Publications] T.Niiokaほか: "Combustion of Hydrogen Jet with the Introduction of Shock Wave"19^<th> Int. Colloquium on the Dynamics of Explosion and Reactive Systems. 19. 28-30 (2003)
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[Publications] T.Niiokaほか: "Combustion of Hydrogen Jet with the Introduction of Shock Wave in a Supersonic Air Stream"4^<th> Japan Korea Seminar on Combustion and Heat Transfer. 4. 21-21 (2003)
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[Publications] 新岡 嵩ほか: "超音速流における水素垂直噴射および燃焼場に対する衝撃波の影響"第41回燃焼シンポジウム. 41. 281-282 (2003)
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[Publications] T.Niiokaほか: "Effect of Hydrogen Jet Position relative to Plasma Torch on Supersonic Combustion"12^<th> AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies. 12. 1-9 (2003)
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[Publications] T.Niiokaほか: "Numerical Analysis of Supersonic Combustion by a Plasma Torch"Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Science. (発表予定). (2004)
