2019 Fiscal Year Research-status Report
High precision modeling of a self-pressurized oxidizer flow in a rocket engine
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18K04555
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中田 大将 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (90571969)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 力夫 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (20308026)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 二相流 / ハイブリッドロケット / 亜酸化窒素 / ボイド率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はハイブリッドロケットの酸化剤として広く用いられている亜酸化窒素の自己加圧流動特性，特に押し圧と流量の決定精度を向上するための指針を明らかにすることを目的とした研究である．自己加圧流れではタンク排出直後から二相流化し，インジェクタの縮流係数も含め予測が困難である．2019年度は高速度カメラをレンタルして用い，幅広いサブクール度を含む条件において，ボイド率や気泡径の取得に成功した．また，銅電極を用いた静電容量式ボイド率計を自作し，キャリブレーションを実施後，いくつかの条件で気液二相流ボイド率を計測した．静電容量の値は100fFオーダーであり，現状では10％刻み程度の精度でボイド率を把握できる．気液二相流がインジェクタを流れる際のオリフィス縮流係数について広範な流量で取得し，上流圧と下流圧の比が0.6未満の場合は背圧によらずほぼ一定の流量が得られることを確認した．これは他機関における報告とおおよそ合致している．また，燃焼場においてこれらの成果についてASME国際学会で発表，論文化の準備をしている．準一次元計算，CFD計算においても実験的に得られた流量特性を説明できるようなコーディングを検討中である．総じて各種押し圧条件における実験データは集められているが，ボイド率計の取得精度向上（誘電率の温度依存性により補正）や可視化画像の明瞭化などのテクニックをさらに追及するとともに，定量的な現象論を講じることが最終年度の課題と言える．
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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
当初計画で予定していた高圧（～7MPa）の気液二相流の可視化方式についておおよそ確立し，気泡速度や気泡径を把握できるようになった．ボイド率については自作の静電容量型ボイド率計で10％程度の精度で取得できている
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| Strategy for Future Research Activity |
大まかな理解は得られているが，論文として考察するにあたりエラーバーの低減が必要であると考える．ボイド率について誘電率の温度補正をかけた精度向上を行う．高速度カメラを用いた気泡径の取得精度向上も実施し，他機関の先行研究を超える定量的な議論ができるようにする．
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| Causes of Carryover |
令和元年度科研費執行にあたり生じてしまった残額7円については、令和２年度科研費
に旅費として執行予定である。
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