2016 Fiscal Year Research-status Report
超音速乱流混合過程のマッハ数依存性解明と混合促進法の開発
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15K06605
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
新井 隆景 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10175945)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂上 昇史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70244655)
比江島 俊彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60316007)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | スクラムジェットエンジン / 超音速混合 / 混合促進 / 縦渦 / 渦崩壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スクラムジェットエンジン内の超音速混合過程の解明と混合促進法を提案する目的から、超音速縦渦を混合促進に用いる方法について、実験および数値計算を行った。
H27年度は、マッハ数依存性について行ったが、H28年度は、高マッハ数での混合促進を目指し、後退角を持つランプ形状の縦渦導入装置について、後退角の影響を調査した。後退角は、縦渦の循環を増加させる効果を期待し、導入した。その結果、後退角を付与すると、縦渦の循環が増加し、マッハ数2.5においても、縦渦の循環に基づく渦レイノルズ数が10,000を超え、十分強く、崩壊しやすい縦渦が形成できることが分かった。しかし、マッハ数３では、依然として、渦レイノルズ数が10,000を超えることができず、さらに検討を要す。高マッハ数のとき渦レイノルズ数が10,000を超えない原因は、主に、流入境界層が層流であることによる。そこで、数値計算により、流れ場を計算したところ、圧縮斜面と膨張斜面の両者に境界層の剥離が生じることが判明した。これは、オイルフローによる壁面近傍の流れの可視化でも確かめられた。LIF法を用いた混合状態の可視化では、噴射燃料が縦渦の外縁部から縦渦に取り込まれる様相が明らかになり、本手法が混合評価として有用であることが示された。数値計算では、超音速縦渦の安定性について調査し、渦構造に起因することを見出した。実験では、数値計算で予測された渦構造が渦崩壊に関与していることを見出した確認したが、さらなる検討を要する。
今後は、高マッハ数でも高い渦レイノルズ数を維持できるように、流入境界層の制御することが重要である。今後、LIF法を用いて、後退角を有するランプ形状のインジェクターが高マッハ数での混合促進に有効であるか検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H27年度では、超音速混合に及ぼすマッハ数依存性を明らかにし、その原因を特定した。Ｈ28年度では、前年度の成果を踏まえ、縦渦導入装置を改善し、高マッハ数でも混合性のよい縦渦の導入を可能とした。しかし、マッハ数３では依然として、混合性能が改善されなっかた。その原因は、流入境界層の性質であることが判明し、次年度以降に向けて、研究方針が明らかとなった。
以上により、研究はおおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度、H28年度の研究成果を踏まえ、
（１）流入境界層を制御し、境界層内に縦渦を導入し、剥離を抑える。
（２）ＬＩＦ法を導入し、縦渦と噴射燃料の混合状態を定性的、定量的に把握する手法の確立を目指す。
（３）スクラムジェットエンジンに液体燃料を使用することを想定し、超音速流中での液体微粒化促進に気泡混入液体を用いることを点灯する。
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Research Products
(11 results)
