2020 Fiscal Year Annual Research 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 | ハイブリッドロケット / 亜酸化窒素 / 自己加圧 / ボイド率 / 沸騰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
室蘭工大の分担項目である実験研究では高速度カメラと静電容量式ボイド率計の併用により，流動中の亜酸化窒素の様子を可視化観察し，気泡速度や気泡径などを明らかにすることが出来た．具体的には，高速度カメラは，シャッタースピード：1/500,000 s，撮影速度：100,000 fps，解像度：256×160 pixelとして撮影を行い，気泡流速は10m/s前後，気泡径はメディアンフィルタをかけた結果，数十umオーダーのものが多数観察された．また，サブクール度や押し圧を変化させた条件での流れ場を取得し，インジェクタにおける圧力損失との相関関係を明らかにした．
都市大の分担項目である数値計算の側では，亜酸化窒素の蒸発凝縮を含んだ気液二相流を数値的に模擬するために，オープンソースのCFD解析ソフトであるOpenFOAMを利用し，亜酸化窒素（液相・気相）と空気が混ざった三相流れを再現することを試みた．室蘭工大のハイブリッドロケット試験設備を模した計算領域において，二次元及び三次元の数値計算を実施した．二次元計算では，インジェクター入り口角部からの剥離に伴うキャビテーションが確認され，インジェクター内部における縮流の影響による流量減少が明らかになった．縮流係数から流量係数を計算した結果，数値計算結果から算出した値は実験結果の値と定量的には一致しなかったが，押し圧上昇に伴って流量係数が下がるなどの定性的な傾向を明らかにした．三次元計算については十分な格子解像度で計算できなかったが，定性的な傾向は二次元の計算結果とほぼ同様であることを確認した．
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