2016 Fiscal Year Annual Research Report
Radiative Transfer in Low Density Carbon-based and Charred Materials Under Aerodynamic Heating Conditions
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15K14251
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
酒井 武治 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90323047)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / アブレ－ション / 輻射加熱 / 低密度熱防御材 / 数値解析 / アーク加熱風洞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙航空研究開発機構の宇宙科学研究所および航空宇宙技術研究本部のアーク加熱風洞を使って，炭素基材，アブレータ母材およびその炭化材からなる供試体をそれぞれ加熱試験した．表面損耗による質量損失の影響を排除した場合と含まれる場合とで比較することを目的として，試験気体として窒素および空気を使った．アブレータ母材は，炭素基材にポリイミド樹脂を含浸させ，炭化材はアブレータ母材を高温処理し製造することで，材料間の空隙率の関係を明確にした．それぞれの材料供試体での加熱率および加熱時間は，前年度データをベースに，供試体加熱面から約18mm(供試体厚さ約25mm)の最高内部温度が500～800K程度に到達するようにコントロールした．
アーク加熱試験気流条件をアーク加熱器内解析コード(研究代表者らが開発済み)で計算したうえで，アーク加熱気流に曝される供試体(炭素基材および炭化材)の熱応答過程を連成解析してシミュレーションした．今年度は特に，窒素原子および酸素原子による固体炭素の窒化・酸化反応および固体炭素の昇華反応を表面化学反応条件に組み込み，供試体の質量損失過程をモデル化したうえで，供試体内部の輻射輸送の影響を調べた．加熱面から深さ方向に2つの異なる位置での内部温度および表面温度履歴について，計算結果と実験データを比較した．昨年度開発した実効輻射熱伝導率を組込みかつ質量損失過程を考慮した連成解析シミュレーションを行うことで，実験データを程よく再現できることが分かった．
以上より，本研究で提案したX線CTデータをベースに構築した微視的輻射熱伝導モデルによって，炭素基材と炭化材内の巨視的な輻射輸送過程を予測できることを示した．
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