2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20K14675
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
坂本 勇樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50845774)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | キャビテーション / 気泡崩壊 / レーザー / 水素 / 液体水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気環境下で液体水素送液配管が瞬時に切り離され，水素が外部に放出されると同時に，液体水素温度の物質表面が露出し液体空気が生成される場合，特定の条件下において爆発現象を誘発することが確認されている．これまでの知見から，上下に切り離したフランジの間に液受け容器を挿入し，下面フランジへの液体空気衝突を防止することで，爆発に至らないことを確認していることから，申請者は「液体空気の落下に伴い，液体空気中の気泡が崩壊した際の局所的な高温場が爆発現象を誘起している」と推定した．
昨年度に引き続き液中にレーザーを照射することで局所的な突沸を発生させる「レーザーキャビテーション法」に着目し着火メカニズムの解明に取り組んだ．本年度は，可視化窓付きの真空二重容器に液体窒素を溜め，圧力・温度を制御し，アルミ製のターゲットにレーザーを集光することで，気泡を発生させた．この際，①飽和圧力下で発生するガスがターゲット近傍に隣接する条件，②外部から注気したヘリウムガスがターゲット近傍に隣接する条件で試験を実施した．①の条件では，レーザー誘起気泡によって圧壊できるほどの微細な気泡は確認できなかった．一方で②の条件では，光学計測の分解能により定量化が困難ではあるものの，レーザー誘起気泡によって極低温流体中の気泡が十分に収縮されており，断熱圧縮を仮定すれば水素-酸素の着火温度程度まで気泡温度が上昇する可能性が示された．
本実験結果から，極低温流体中においても，キャビテーションのような圧力波が生成された場合においては自着火温度を超える可能性を実験的に示した．
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