2022 Fiscal Year Annual Research Report
Fundamental Study on Cryogenic Fluid Management for the Design of Orbital Transfer Vehicles and Propellant Depot Systems
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21H04587
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
姫野 武洋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60376506)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 液体ロケット / 極低温 / スロッシング / 管内沸騰 / 液体水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低温スロッシング実験については、回転加振機による実験を継続し、液面揺動に伴う圧力変化データを取得した。液相温度分布をパラメーターとした試験を多数実施することにより、圧力降下に及ぼす因子を抽出した。
大型液体水素タンク減圧実験については、昨年度に構築した遠隔監視システムも活用し、能代ロケット実験場の既設30立方メートルタンクを使用した減圧沸騰実験を実施した。
沸騰二相流実験については、透明沸騰電熱管を用いた実験装置を拡張し、並列流路における分流特性の取得を行い、体積流量や気液質量流量比(クオリティ)に応じた管路圧損の変化を適切に取得した。併せて、管路圧損を予測できる縮退モデルの検討を進めた。
自由表面流の数値解析については、減圧沸騰現象を適切に予測するために、凝縮モデルを導入した。これらを用いて、液中翼周りのキャビテーションの数値解析に着手し、シートキャビテーションやスーパーキャビテーションを呈する広範なキャビテーション数条件について、安定に計算が進行する手法を構築した。今後は、キャビテーションブレークダウンを定量的に予測できることを目指してモデルの改良を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験については、スロッシング、管内沸騰、落下塔の3種類の実験手法がほぼ確立でき、研究目的である相変化二相流、ならびに、表面張力駆動流を可視化観察する実験環境が整った。スロッシング実験の加振機については、さらに大きな角速度を与えられるような装置改修を試みる必要があるものの、様々な加速度環境における実験データを繰り返し取得できており、順調に進展している。
数値解析についても、自由表面における相変化モデルに加え、サブグリッドスケールでの気泡群成長モデルを組み合わせることで、計算負荷を抑えつつ、複雑な二相流現象を模擬できる可能性が示された。
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| Strategy for Future Research Activity |
構築した実験環境をさらに改良するとともに、必要な装置改修を追加的に行うよう計画を若干変更し、回転と並進を含むより広範な加速度環境を実験室で実現できるようにする。数値解析は引き続き、獲得された実験データも対象にしつつ、相変化モデルの改良を進める。
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