2018 Fiscal Year Annual Research Report
燃料濃度場・速度場同時計測による超音速縦渦混合過程の解明と混合促進法の提案
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18H01626
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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), 講師 (60316007)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超音速混合 / 超音速縦渦 / スクラムジェット / PIV / LIF |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スクラムジェットエンジン開発に必須の超音速混合技術の確立と超音速乱流混合過程の解明を行う．LIF（レーザ励起蛍光法）とPIV（粒子追従速度計測法）を組み合わせ，超音速混合場の燃料濃度場と速度場の同時計測を行う．これまでは，濃度場と速度場を個別に測定しており，それらの関連性が重要にもかかわらず，十分に明らかにされていない．申請者らは，LIF画像をPIVの粒子画像と見なすことで，濃度場と速度場の同時計測を可能とする手法を提案する．
2018年度は、PIVシステムのヴェージョンアップを行い、2枚の画像を得る間隔を従来の2分の1として、0.2μsとした。その結果、データロストの確立が減少し、流れの平均場だけでなく、乱流強度の評価が可能となった。上記のシステムを用いて、超音速縦渦混合層の流れ場を計測した。その結果、乱流混合が盛んにおこなわれている箇所は縦渦の外縁で、主流とのせん断層であることが判明した。なお、本システムは流れの3成分について測定可能であり、旋回成分の乱れについても同様であることが分かった。特に、主流方向のもも誰については、熱線流速計によっても検証された。縦渦の崩壊と混合に関しては、循環の減少と乱流強度の変化に関係があり、循環が減少するにつれて、乱流強度も減少し、渦崩壊が生じていることを示した。
LIFに関しては、ヨウ素ガスの噴射装置を新たに制作し、噴射実験を行った。LIF画像が取れることは確認し、今後PIVと組み合わせて解析を行う予定である。
数値計算については、異種気体の超音速混合場の計算コードを制作し、コードの検証を行なった。今後実験との比較を行う予定である。
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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
PIVシステムの高度化について、検証を行い、2枚の画像の取得間隔が0.2μsが可能であることを示した。このシステムを用いて、超音速縦渦の崩壊の様相を検討したところ、時間平均場だけでなく、速度変動場の情報も精度よく得られることが分かった。これは、超音速乱流混合の機構を回目する上で重要であり、本研究課題の成果として重要である。今後は、本手法を用いて、混合促進法の評価を行う。
LIFに関しては、ヨウ素ガスの噴射システムを更新した影響があり、LIF画像の取得はできたが、PIVとの組み合わせが実現していない。
数値計算においても、計算コードの検証をしている段階であり、今後実験との比較などを行う予定である。
以上のように、PIVシステムを用いた超音速流れ場の解明については、極めて順調にすすんでおり、乱流特性など当初予測してい情報もえられ、LIFと数値計算でも着実に進めていることから、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 |
当初の予定どおり、LIFとPIVを用いた濃度と速度場の同時計測を行う。PIVシステムの高度化が実現できたので、平均場だけでなく、変動場の取得も期待できる。この計測システムを用いて、混合場の計測を行う。
縦渦導入デバイスには、後退角を付与したハイパーミキサータイプを使用し、圧縮ランプ角，膨張ランプ角，圧縮ランプの後退角等をパラメトリックに変化させ，燃料混合の様相と流れ場を計測し，超音速混合に適した燃料噴射装置を特定する．
上述の実験結果の考察ならびに乱流混合機構の考察において，混合場，流れ場の詳細の把握が必要である．そのために，実験では捕えきれない現象についてCFD結果を補完的に用いて考察する．
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