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2009 Fiscal Year Annual Research Report

再使用型液体ロケットターボポンプに向けて-極低温キャビテーションの数値解析-

Research Project

Project/Area Number 21760118
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

伊賀 由佳  東北大学, 流体科学研究所, 助教 (50375119)

Keywords混相流 / ターボポンプ / 極低温流体 / 数値解析
Research Abstract

液体ロケットに搭載されている液体水素・酸素ターボポンプは,超高馬力かつ小型軽量化がなされており,ターボポンプ入口部では,キャビテーションが不可避的に発生する.ターボポンプの長時間試験運転時には,入口部ケーシングに「キャビテーションエロージョン」の痕(壊食痕)が見られ,これと超高速回転をしている羽根車との接触は発火を招く恐れがあり,大変危険である.一方,キャビテーションは,その非定常振動がポンプシステムと干渉することにより,「キャビテーション不安定現象」へと変化し,ポンプの性能低下や破損を引き起こす恐れがある.本研究課題では,液体ロケットの再使用化を目指し,極低温環境下におけるキャビテーション不安定現象およびキャビテーションエロージョンの数値解析手法の確立を目指す.
平成21年度は,1)可視化データ処理システムの構築,2)極低温気液二相方程式および熱力学パラメータの解の安定化,3)翼列揚程の熱力学的効果の数値的再現を行った.3)では,三枚周期平板翼列キャビテーション流れに関して,常温水,高温水,低温液体窒素,高温液体窒素を作動流体として解析を行った.これにより,液体窒素では,高温でキャビテーションの成長が抑制され,翼列揚程の急激な低下が遅れるという,通常,ロケットエンジンで観察される熱力学的効果を再現できた.一方,水では,高温でキャビテーションの成長が促進され,揚程低下が早まるという,熱力学的効果の逆転現象を再現した.さらに,キャビテーションエロージョンの数値予測に向けて,マクロなキャビテーション流れ場中の数個の代表気泡を追跡することにより,キャビティ気泡の内部圧から壁面での衝撃圧分布を評価し,壊食危険個所を予測する手法を開発した.平成22年度は,作動流体を液体窒素に代え,壊食性の変化について解析する.

  • Research Products

    (8 results)

All 2010 2009

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] 熱力学的効果が亜同期旋回キャビテーションに与える影響2009

    • Author(s)
      吉田義樹, 南里秀明, 菊田健吾, 風見佑介, 伊賀由佳, 井小萩利明
    • Journal Title

      宇宙航空研究開発機構研究開発資料

      Volume: JAXA-RM-09-005 Pages: 1-8

  • [Journal Article] Thermodynamic Effect on Rotating Cavitation in an Inducer2009

    • Author(s)
      Yoshiki YOSHIDA, Yoshifumi SASAO, Mitsuo WATANABE, Tomoyuki HASHIMOTO, Yuka IGA, Toshiaki IKOHAGI
    • Journal Title

      Journal of Fluids Engineering

      Volume: Vol.131 No.9 Pages: 091302-1-091302-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Occurrence Mechanism and Oscillation Characteristics of Pulsation Phenomenon Arising in Cavitation Surge in Cascade2009

    • Author(s)
      Yuka IGA, Kei HASHIZUME, Yoshiki YOSHIDA, Toshiaki IKOHAGI
    • Journal Title

      Journal of Environment and Engineering

      Volume: Vol.4 No.3 Pages: 524-538

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Numerical Analysis of Control of Cavitation Instabilities in Tandem Cascade2010

    • Author(s)
      Yuka IGA, Yoshiki YOSHIDA
    • Organizer
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2010 (AJCPP2010)
    • Place of Presentation
      Miyazaki, Japan
    • Year and Date
      2010-03-05
  • [Presentation] Influence of Inlet and Outlet Pipe Length on Cavitation Surge2009

    • Author(s)
      Yuka IGA, Yoshiki YOSHIDA, Toshiaki IKOHAGI
    • Organizer
      9th International Symposium on Advanced Fluid Information and 6^<th> International Symposium on Trasdisciplinary Fluid Integration (AFI/TFI 2009)
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2009-11-05
  • [Presentation] Numerical Investigation of Thermodynamic Effect on Unsteady Cavitation in Cascade2009

    • Author(s)
      Yuka IGA, Naoya OCHIAI, Yoshiki YOSHIDA, Toshiaki IKOHAGI
    • Organizer
      The 7^<th> International Symposium on Cavitation (CAV2009)
    • Place of Presentation
      Michigan, USA
    • Year and Date
      2009-08-20
  • [Presentation] A Study of Propagating Speed of Rotating Cavitation Based on Numerical Analysis2009

    • Author(s)
      Yuka IGA, Yoshiki YOSHIDA
    • Organizer
      2009 ASME Fluids Engineering Conference (FEDSM2009)
    • Place of Presentation
      Colorado, USA
    • Year and Date
      2009-08-05
  • [Presentation] 翼列に発生するキャビテーション不安定現象の数値解析2009

    • Author(s)
      伊賀由佳
    • Organizer
      日本混相流学会,混相流流れのダイナミクス分科会&濡れ性と混相流分科会研究会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2009-07-20

URL: 

Published: 2012-07-19  

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