2018 Fiscal Year Research-status Report
ノズルの外表面温度分布から圧縮性内部流れの速度・温度・圧力等を診断する手法の開発
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17K06165
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
片野田 洋 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (40336946)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超音速流 / ノズル / コールドスプレー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
末広部長さ200mmのステンレス製コールドスプレーノズルを用いて，ノズル外表面温度から，コールドスプレーノズルの超音速内部流れの診断実験を行った．本診断法では，ノズル内の流れを断熱と仮定するが，平成29年度の実験では，ノズルの断熱が不十分であった．そこで，平成30年度は高性能のゴム系断熱材をノズルに巻くとともに，ノズル表面と断熱材表面の温度から断熱の程度を定量的に評価する方法を導入した．ノズルに断熱材を巻いたため，ノズル外表面温度は赤外線カメラではなく，複数の熱電対で測定した．さらに，平成29年度の実験結果の解析では，ノズル内の速度として境界層の外側の主流速度を用いていた．しかし，壁面静圧から得られる検証用のマッハ数は，断面平均の値である．そこで，平成30年度はノズル外表面温度から，境界層も含む断面平均のマッハ数を算出する方法を考案した．両者を比較した結果，平成29年度までの実験結果よりもマッハ数の測定精度が向上したことが分かった．ただし，本手法の測定精度は原理的にノズルの断面積に強く依存する．すなわち，現在はノズル内径が製作図面通りに加工されていることを前提としている．しかし，コールドスプレーノズルのように細長いノズルの加工は容易でない上に，内径分布を正確に測定する方法がない．そのため，ノズルの流れ方向の断面積分布は正確には分からない．そこで，最終年度はコールドスプレーノズルの内径分布を測定する方法も検討することとした．
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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
本解析で前提としている断熱流れの仮定が，昨年度までの実験では十分に成り立っていなかったことが分かった．そこで，高性能のゴム系断熱材でノズルを断熱するとともに，壁面静圧から得られる検証用の断面平均マッハ数と整合するように，本推定法で求めるマッハ数も断面平均となるようにデータ解析法を改良した．その結果，本推算法から得られる断面平均マッハ数は，平成29年度の手法よりも実験結果とよく一致した．よって，本研究は概ね順調に推移しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究を通して明らかになったことは，コールドスプレーノズルの流れ方向の直径分布あるいは断面積分布を正確に測定することができなければ，本研究法で提案している非接触計測法の診断精度を正しく評価することができないということである．平成30年度は実験方法の改良と解析方法の改良に注力したため，平成31年度はコールドスプレーノズルの内径分布または断面積分布を正確に測定する方法を検討する．内径分布または断面積分布の測定法として，機械接触式と流体式を検討する．
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