2005 Fiscal Year Annual Research Report
様々な加速度環境における自由表面流の動的挙動予測と極抵温流体の貯蔵性評価
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17760636
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
姫野 武洋 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60376506)
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| Keywords | 自由表面流 / 微小重力 / スロッシング / 数値流体力学 / ロケット / 伝熱 / 画像処理 / 非接触計測 |
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| Research Abstract |
本研究では、様々な加速度環境で貯蔵容器内部の液体を望ましい位置に保持し、思い通りに搬送する"流体管理技術"の確立へ向け、主として宇宙機の推進薬タンク内部の自由表面流を対象とし、その熱流動特性を実験と数値解析の両面から解明することを目的とする。
実験では、宇宙機における動的な加速度環境を模擬するための加振装置、ならびに、これに搭載されるアクリル製容器を設計製作した。本年度は、精密測定が困難であった液体揺動(スロッシング)の減衰率の取得方法の確立に主眼を置き、光の屈折を利用して液面の微小変形を非接触で検出する独自の計測系を構築した。そのうえで、供試液体の液位、印加する加速度、容器形状および内部装備品形状を変化させた場合について、液体揺動の減衰率の計測を試み、その結果、既存手法に比べ、本手法が高精度かつ短時間のうちに減衰率を評価できることを確認した。
数値解析については、申請者らが開発している自由表面流解法(CIP-LSM)を用い、加振実験と対応する計算を行って比較することにより、数値解が液体揺動のモードと固有振動数を適切に再現できること、ならびに、減衰率の模擬については容器固体壁面に対する境界条件の与え方が重要であることできることが明らかになった。並行して、熱流動と液面揺動の連成問題に関して、既存の理論解とベンチマーク計算を参照し、数値解法が単相流の伝熱現象を適切に模擬できることを確認した後、気液界面の熱伝達モデルを導入した。
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