2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of explosion safety evaluation technology for liquid hydrogen using rocket engine combustion symulation method
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17K01318
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
大門 優 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (90415901)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤本 圭一郎 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (20446602)
谷 洋海 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (80633784)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 液体水素 / 極低温流体 / 着火 / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，液体水素が大量漏洩した際の爆発メカニズムの解明とその予測技術の確立を行う．これは，相変化・化学反応・衝撃波伝播といった瞬時に発生する複雑な現象であると予測されるため，現象を切り分けることを目的とし2段階の試験を計画した．それぞれの試験は，非反応性の模擬液を利用した「着火前試験」と，水素・酸素の反応性流体を利用した「着火試験」である．昨年度よりキャビテーション収縮方法を変更するなど方針転換をした．最終年度の成果を中心に研究期間全体を振り返る．
【温度差駆動による気泡収縮（2017-2018）】液体窒素の中にガス窒素を入れ気泡が収縮することを実験的に確認した．ガス窒素は液体窒素によって冷却され溶けていくことで収縮するが，着火試験用に入れた水素酸素気泡はほぼ収縮することはなかった．
【ハンマーによる気泡収縮（2018-2020）】ハンマーにより液面を叩くことで衝撃波を発生させ気泡収縮を試みた．気泡が細かくなる崩壊は観察されたが，水素酸素気泡が着火することはなかった．
【レーザーによる気泡発生収縮試験（2020-2021）】昨年度レーザーによる気泡発生収縮試験装置を製作した．気泡収縮時に発生する衝撃波は衝撃圧センサにより計測することができた．今年度は①シュリーレン装置を用いた衝撃波の可視化．②気泡収縮時に発生する衝撃波による他気泡の収縮について試験を実施した．①では気泡収縮時に発生する衝撃波を可視化することが可能となり，収縮振動するたびに衝撃波が発生すること明らかになった．また，水槽の壁からの反射波も可視化可能になったため，衝撃圧センサのみではわからなかった反射衝撃波や複数回の衝撃波発生を明確に区別し理解することができた．②についても，衝撃波通過後に別気泡が収縮することを確認した．事情により試験場確保が叶わず着火試験はできなかったが収縮率から最も着火の可能性があると判断した．
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