2021 Fiscal Year Annual Research Report
高圧ロケット燃焼における気液混相拡散火炎のレーザー誘起蛍光計測の研究
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20K21042
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30170343)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早川 晃弘 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (90709156)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | OH-PLIF / ロケット燃焼 / 水素燃焼 / 高圧燃焼 / 気液混相燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ロケット燃焼を想定した高温高圧環境下における気液混相水素燃焼の基礎現象の解明に向けたOH-平面誘起レーザー蛍光計測（OH-PLIF）技術の開発を目指してきた．JAXA角田宇宙センターの高圧試験設備を用いて，圧力5.0 MPaまでの環境下におけるガスH2/O2拡散火炎を形成し，OH(2,2)蛍光バンドPLIF計測による火炎構造の撮影を実施した．SNが最も厳しくなる圧力5.0 MPaでは，信号強度が自発光によるノイズを約4倍上回っており，鮮明な火炎構造を取得することに成功し，高圧ガス燃焼における同手法の有効性が示された．次に，圧力3.0 MPaにおける気液混相ガス水素/液体酸素燃焼に対してOH(2,2)バンド計測を適用した．取得されたOH-PLIF画像の信号強度はノイズ強度の2倍程度確保されており，火炎構造の観察が可能となるSNを有する手法であることが示され，更なる改良も臨めると考えられる．また，東北大学流体科学研究所の高圧燃焼試験設備を用いて，酸化剤中の酸素濃度を60%（酸素・窒素の体積比3:2）まで酸素富化した，圧力0.5 MPaまでの高温高圧環境下におけるメタン／酸素／窒素予混合気の燃焼実験を行った．本研究では，高圧下においてもSNが良好であるOH(2,0)バンド励起手法および定量計測手法の一種である双方向LIF手法を組み合わせることで，OH濃度の定量計測を実施した．実験的に取得したOH濃度は数値解析と比較して，大気圧条件では比較的良い一致を示した．一方，圧力0.5 MPaではOH濃度が数値解析と比較して過小評価されていたが，レーザー強度不足などの技術的な制約に起因したと考えられる．
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Research Products
(3 results)
