2022 Fiscal Year Annual Research Report
ノズル外表面温度に基づく圧縮性内部流れの診断法（衝撃波を伴う流れの温度回復係数）
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20K04270
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
片野田 洋 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (40336946)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超音速流れ / 内部流れ / コールドスプレー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ノズル外表面温度から細長いノズル内の超音速内部流動を診断する本研究は，ノズル出口近傍において内部流動とは無関係のノズル外表面の温度上昇がノズル出口近傍の診断精度を低下させることが分かっている．この温度上昇の原因は主にノズル出口端面における大気からノズル端面への熱伝達により生じている可能性が高いことが分かった．
そこで，令和4年度は主に2種類の対策を講じた実験を行った．1つ目は，バンドヒーターで貯気室を加熱する実験である．ノズル出口端面で大気からの熱伝達が発生するのは，作動ガスの断熱膨張によりガス温度が低下し，その結果ノズルの温度も低下するためである．そこで，スロート上流側の貯気室のガス温度を高めることで，ノズル出口近傍でのガス温度も高くし，大気温度との差を小さくすることで大気からの熱伝達を抑制することができると考えた．作動気体を空気として，貯気圧力1MPaと1.75MPaで実験を行った．その結果，それぞれの貯気圧条件で貯気温度を約7℃，4℃高めることができた．その結果，ノズル出口近傍における非物理的な温度上昇を抑制することができた．しかし，その抑制温度は温度測定に使用したK型熱電対の拡張不確かさ0.59℃よりも小さかった．よって，バンドヒーターの効果があったとは言えない．
2つ目の実験は，ボルテックスチューブからの冷気によりノズル出口端面を冷却する実験である．これは，ノズル出口端面を本来の（計算で得られる）出口近傍のガス温度程度まで冷却することでノズル出口近傍における非物理的な温度上昇を抑制することを狙ったものである．実験の結果，ノズル出口近傍における非物理的な温度上昇を抑制することができた．しかし，その抑制温度は温度測定に使用したK型熱電対の拡張不確かさ0.59℃よりも小さかった．よって，ボルテックスチューブの効果があったとは言えない．
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