2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of Mixing, Diffusion, and Combustion Mechanism on Multi-species Fluid under Cryogenic High-Pressure Conditions
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19H02349
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
坪井 伸幸 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40342620)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺本 進 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30300700)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ロケット / 航空宇宙 / 流体工学 / 熱工学 / 水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究成果は以下の通りである．
(1)多成分流体解析：超臨界圧下における高密度比接触面の１次元移流問題についてEnergy-based（完全保存形）およびPressure-based（圧力発展方程式を用いた準保存形）の支配方程式を用いて実施した．計算条件は移流速度が200 m/s，圧力が10 MPa, 酸素温度が100 K, 水素温度が150 Kの極低温条件であり，接触面の安定性および混合温度分布の評価を行った．状態方程式は2成分流体対応のSRK状態方程式を考慮したものである．高次精度化に関して，内挿変数およびlimiterの依存性について評価を行い，内挿変数に(T, u, p, Yi)，limiterにvan-Albada limiterを用いることで数値的な圧力振動が抑制されることが分かった．さらに，混合層内の温度分布が理論解析と比較しても適切に計算可能となることが示された．そしてEnergy-baseとPressure-baseの支配方程式のハイブリッド化した計算手法を考案し，試計算を実施した．
(2)実験解析：超臨界同軸噴流内の速度分布計測のために，噴流構造の可視化およびPIV流速分布測定の検討を行った．2 Wレーザーシート光源で噴流剪断層を可視化し，従来のバックライト法では観察できなかった内側剪断層およびダークコアを可視化し，噴射器近傍に軸対称の変動，下流部に非対象の変動が生じていることを確認した．また，高速度カメラの時系列画像の相互相関をとることで，中心軸上の速度が8.0 m/s程度と流量から求められるジェット速度と矛盾しないことを確認した．
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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
概ね順調に進展している．特に最も難しい異化学種の接触面の数値的な安定性及び混合温度分布の予測が可能になった．
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| Strategy for Future Research Activity |
対面でのミーティングが困難になっているため，ZOOMなどを利用したインターネットによるミーティングを4ヶ月に1度程度行い，研究方法や研究結果の議論を行うことで研究を加速する．また，積極的に研究成果を学術雑誌に発表することで，研究成果に対する議論や助言を受ける．
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