2008 Fiscal Year Annual Research Report
極低温気液二相/超臨界モデルを用いたキャビテーションと熱力学的効果に関する研究
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19760109
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊賀 由佳 Tohoku University, 流体科学研究所, 助教 (50375119)
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| Keywords | 混相流 / ターボポンプ / 極低温流体 / 数値解析 |
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| Research Abstract |
キャビテーション現象は, その非定常性が流体機械の振動や騒音, 性能低下や破損の原因となることで知られている. 国産の液体ロケットであるH2Aロケットに搭載されている液酸・液水ターボポンプの入口部に設置されているインデューサと呼ばれる軸流羽根車で発生するキャビテーションは, その非定常振動がターボポンプシステムの固有振動と相互に干渉しあうことにより, 「キャビテーション不安定現象」へと変化することがある. 一方, 極低温流体で発生するキャビテーション不安定現象は, その「熱力学的効果」により, 常温の水試験で発生するそれと発生領域や種類が異なることが知られており, 液体ロケットエンジン・ターボポンプの設計・開発に際しては実液である極低温流体を用いた解析が必要不可欠である. そこで本研究では, 独自に開発した極低温気液二相/超臨界数値解析モデルを用い, スーパーコンピューティングによって極低温流体中で発生するキャビテーションの挙動と熱力学的効果について解明を試みた. 平成20年度は, 本来, キャビティ気泡界面での蒸発・凝縮に伴う潜熱の移動によってキャビティの成長が抑制されると考えられている熱力学的効果を, キャビティ気泡やその気泡界面を粗視化し, 流れ場全体を連続体としてモデル化した本モデルおよび計算手法に対して, いかにして表現するかを検討した. JAXA角田宇宙センターの極低温インデューサ試験設備においてインデューサの液体窒素試験を行い, キャビテーションの熱力学的効果が発生している実際の流れ場の情報から, 熱力学的効果の均質媒体へのモデリングを検討した. 本結果は, 平成21年夏に開催されるキャビテーションに関する国際シンポジウム(CAV2009)にて報告する. なお, 今年度予算として当初, 学術雑誌の論文掲載料を2本分考えていたが, 査読に時間が掛かり掲載には至らなかったため, 項目を変更し, データ処理過程の保存のためのPC購入に充てた.
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