2021 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次元移流問題及び2次元単軸噴流について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るハイブリッド法により実施した．計算条件は，１次元移流問題の場合は移流速度が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．2次元単軸流の場合は10 MPa，150 Kの極低温水素中に10 MPa, 100 Kの極低温酸素が100 m/sで噴射した場合の噴流の流動構造を解析した．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，昨年度に引き続いて内挿変数の依存性について1次元移流問題で評価を行い，内挿変数に(T, u, p, Yi)を用いることで数値的な圧力振動およびエネルギーの保存誤差が軽減されることが示された．このハイブリッド法と内挿変数を用いて2次元単軸噴流の解析を試行したが，噴流先端に微小なスパイクがでることや，ハイブリッド法でも圧力振動が十分に抑制できていないことがわかった．
(2)実験解析：超臨界同軸噴流の密度分布定量計測に向けて，極低温窒素単孔噴流，極低超臨界噴流における大規模擾乱の計測手法の検討を実施した．噴流を2方向からバックライト撮影し，各方向の画像から抽出した噴流剪断層と噴流中心を合成することで，噴流大規模変動の3次元構造を可視化を試みた．Z/D>10のダークコア下流では，ヘリカル状の変動が成長していることを確認した．このヘリカル構造は不安定であり，噴射中に左右のヘリカル構造が不規則に出現することを明らかにした．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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