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2016 Fiscal Year Annual Research Report

同軸噴射器形状が極低温高圧推進剤の混合拡散燃焼過程へ及ぼす影響の解明

Research Project

Project/Area Number 15H04202
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

坪井 伸幸  九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40342620)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 寺本 進  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30300700)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsロケット / 航空宇宙工学 / 流体工学 / 熱工学 / 水素
Outline of Annual Research Achievements

本年度の研究成果は以下の通りである.
(1)単成分流体解析:極低温窒素同軸噴流に対して3次元LES/RANSハイブリッド解析を行った.その結果,内側・外側噴流の運動量比が同じであれば,圧力に依存せず同様の無次元密度分布が得られることが示された.一方,圧力上昇に伴い熱力学状態のPVT関係に基づく下流の温度上昇が観測された.次に運動量流束比の影響を調べ,運動量流束比の増加に伴って混合が促進することを定量的に示した.そして低運動量流束比では内側高密度噴流の長さ変動が増加することを示し,液体ロケットエンジンにおける燃焼振動現象の発生がこれに起因する可能性を示唆した.
(2)多成分流体解析:状態方程式がSRK状態方程式の2成分流体に対応するように改修を行い,試計算をおこなった.また,完全気体(常温・常圧),低速流体(H2/Air)の低速剪断流を対象に,非定常前処理法と燃焼反応を組み合わせた解析を行い,混合拡散挙動の把握を行った.
(3)実験解析:本年度は噴射条件および計測の精度向上を目的とした実験を実施した.従来は内容積300cc簡易断熱だった上流加圧容器を真空断熱した冷却槽に浸した内容積21.1lの耐圧容器に変更し,既設高圧可視化容器と新規製作高圧配管で接続することで,従来数秒間だった噴射時間を数分以上に延長し,安定した温度条件での実験を可能にした.さらに温度計測系および校正装置を新規に製作し,本実験で必要となる100-130K領域での温度計測の精度・安定性を向上させた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

概ね順調に進展している.2成分流体解析でSRK状態方程式を用いた3次元解析を試行している.

Strategy for Future Research Activity

引き続き3ヶ月に一度の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さらに加速する.また,積極的に研究成果を発表することで,研究成果に対する議論を行うと主に,研究内容に対する助言を受ける.

  • Research Products

    (14 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Characteristics of Jet-Mixing at Supercritical Pressure: Effects of Recess Length and Post Height2016

    • Author(s)
      D. Muto, H. Terashima, N. Tsuboi
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      Volume: 14,No. ists30 Pages: Pa_45-Pa_52

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Molecular dynamics simulation of a cavitation bubble collapsing or oscillation and its comparison with bubble dynamics formulation2017

    • Author(s)
      Shin-ichi Tsuda, Hiromasa Hyodo, Satoshi Watanabe
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Micro and Nano Technology
    • Place of Presentation
      Centennial Hall Kyushu University School of Medicine(Fukuoka, Fukuoka)
    • Year and Date
      2017-03-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超臨界乱流流れにおける伝熱劣化現象の数値解析2017

    • Author(s)
      都木 貴彦, 寺本 進, 岡本 光司
    • Organizer
      第57回航空原動機・宇宙推進講演会
    • Place of Presentation
      沖縄県市町村自治会館(沖縄県那覇市)
    • Year and Date
      2017-03-09
  • [Presentation] 超臨界混合系におけるcubic型状態方程式に対する古典的混合則の精度検証2017

    • Author(s)
      髙橋竜二,津田伸一,坪井伸幸
    • Organizer
      日本機械学会九州学生会第48回卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      琉球大学(沖縄県中頭郡)
    • Year and Date
      2017-03-03
  • [Presentation] Numerical Simulation for Effects of Pressure on Cryogenic Coaxial Jet under Supercritical Pressure2017

    • Author(s)
      Takahide ARAKI, Daiki MUTO, Hiroshi TERASHIMA, Nobuyuki TSUBOI
    • Organizer
      2017 AIAA Science and Technology Forum and Exposition
    • Place of Presentation
      Grapevine(USA)
    • Year and Date
      2017-01-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Simulation of Heat Transfer Flow-Field under Transcritical Condition2017

    • Author(s)
      Takahiko Toki, Susumu Teramoto, Koji Okamoto
    • Organizer
      55th AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • Place of Presentation
      Grapevine(USA)
    • Year and Date
      2017-01-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Discussion of Noncondensable Gas Effect on Homogeneous Bubble Nucleation in a Simple Liquid2016

    • Author(s)
      Shin-ichi Tsuda, Daiki Yasui, Satoshi Watanabe
    • Organizer
      13th International Conference on Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      Sendai International Center(Miyagi, Sendai)
    • Year and Date
      2016-10-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子動力学法を用いたアイオノマ薄膜内部の水クラスタ構造とプロトン輸送特性の相関に関する研究2016

    • Author(s)
      青地成二、馬渕拓哉、徳増崇
    • Organizer
      日本機械学会2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-12
  • [Presentation] 伝熱劣化が生じる超臨界乱流伝熱場の数値解析2016

    • Author(s)
      都木 貴彦, 寺本 進, 岡本 光司
    • Organizer
      第60回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      函館アリーナ(北海道函館市)
    • Year and Date
      2016-09-08
  • [Presentation] Molecular Dynamics Study on Proton Transport in Supported Nafion Ionomer Thin Films on Lennard-Jones Walls2016

    • Author(s)
      Joji Aochi, Takuya Mabuchi and Takashi Tokumasu
    • Organizer
      30th Conference of The European Colloid and Interface Society
    • Place of Presentation
      Rome(Italy)
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of the Quantum Effect of Hydrogen on Potential Barrier by Molecular Simulation2016

    • Author(s)
      Shohei Ikawa, Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda and Takashi Tokumasu
    • Organizer
      15th International Symposium on Hydrogen-Metal Systems
    • Place of Presentation
      Interlaken(Switzerland)
    • Year and Date
      2016-08-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超臨界圧下における同軸噴流への圧力の影響に関する数値解析2016

    • Author(s)
      荒木天秀,武藤大貴,寺島洋史,坪井伸幸
    • Organizer
      第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      金沢歌劇座(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-07-07
  • [Presentation] Cavitation simulation using a new simple homegeneous cavitation model2016

    • Author(s)
      Satoshi Watanabe, Wakana Tsuru, Yuya Yamamoto, Shin-ichi Tsuda
    • Organizer
      16TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON TRANSPORT PHENOMENA AND DYNAMICS OF ROTATING MACHINERY
    • Place of Presentation
      Hawai(USA)
    • Year and Date
      2016-04-12
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 九州工業大学大学院工学研究院機械知能工学研究系 反応流体力学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.mech.kyutech.ac.jp/rfd/index.html

URL: 

Published: 2018-01-16  

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