2010 Fiscal Year Annual Research Report
高密度過冷却液体酸素のキャビテーション不安定流動に関する研究
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21560185
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| Research Institution | Ishinomaki Senshu University |
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Principal Investigator |
尾池 守 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (70292282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 誠 宇宙航空研究開発機構, 宇宙輸送ミッション本部, 主幹研究員 (10358567)
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| Keywords | 流体工学 / 混相流 / 低温物性 / ロケット |
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| Research Abstract |
本研究では、レイノルズ数が10^5オーダの高密度過冷却液体酸素の管内流を主対象にして、配管中に設けた絞り部で生じる静圧降下によりキャビテーションを発生させ、その発生状態を観測するとともに、供試流体を配管系に供給するための加圧ガスの種類と暴露時間を変えることで、高密度低温流体中に混入する異種気泡核量をパラメータとしたキャビテーション流動試験を行い、キャビテーションの熱力学的効果の影響を定量的に解明する。
本年度は、試験部上流の熱交換器で77Kの液体窒素により、所定の温度に冷却した過冷却液体酸素をオリフィス絞り部に供給するキャビテーション試験装置を用いて、オリフィス流動試験と可視化流動試験を行った。過冷却液体酸素キャビテーション流動に及ぼすキャビテーションの熱力学的効果について検討した結果、無次元熱力学的パラメータΣ^*で整理すると、オリフィス下流部の温度降下量を無次元化したBファクタやオリフィス流出係数に及ぼす基本特性が明確化し、オリフィス径や加圧ガスの影響を定量化できることが判明した。しかも、試験部の形状が大きく異なるオリフィス流動試験と可視化流動試験で互いに矛盾する結果は得られず、本実験結果が試験装置に固有な結果ではないことが確認された。さらに、キャビテーションの熱力学的効果を定量的に評価するために、解析結果と実験結果の比較から求めたオリフィス出口のボイド率と、Bファクタから求めたオリフィス下流のボイド率を比較・検討することで、高密度過冷却液体酸素キャビテーション流動においても、熱力学的効果が無視できないことを定量的に確認することができた。
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