2014 Fiscal Year Annual Research Report
極低温推進系の多用途化に関わる気液相変化と熱流動現象の解明および予測技術の確立
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24686095
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
姫野 武洋 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60376506)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 宇宙輸送 / 自由表面流 / 相変化 / 極低温流体 / 数値流体力学 / 表面張力 / 微小重力 / 液体ロケット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に完成した極低温スロッシング実験装置を用い、高荷重電動アクチュエータを構成要素とする加振により、光学クライオスタット(可視化窓付真空断熱容器)内部に封入された液体窒素の挙動を高速度カメラで詳細に観察するとともに、気液界面を通じた熱伝達および相変化の促進により引き起こされる圧力変化を計測した。加振の加速度振幅や周波数を変化させた場合、気相側の初期温度を変化させた場合、初期液位を変化させた場合について良好な再現性を有する実験データ取得手法を確立できた。また、実験結果からは、加振に伴って、気液間熱伝達と相変化を桁違いに増幅され、熱的非平衡状態から平衡状態へ至る変化が大幅に加速され、結果として大きな圧力降下が生じることが確認された。同時に、飛沫や砕波の発生など、加振に対する液面の非線形応答と圧力降下との定量的な相関を得ることができた。
沸騰二相流実験については、地上重力環境において、透明でやや複雑な形状を有する流路内部に、液体窒素による少流量の沸騰流を実現し、流動様式が気体単相流から、気液二相流を経て、液単相流に至る沸騰遷移を観察する実験を実施し、流動現象を可視化観察するとともに、重力を印加する方向と流路冷却特性の相関を確認した。
並行して、実験に対応して、相変化を考慮した自由表面流の数値解析手法の改良を進めた。乱流モデルを実装するとともに、多数の計算領域を接続した複雑形状を扱えるよう、計算プログラムの高度化を行うとともに、高速な線形行列解法を導入した。宇宙航空研究開発機構と協力し、本研究課題で構築された数値流体解法により、大型液体ロケット上段推進系内部の熱流動、ならびに、再使用観測ロケットの液体推進薬タンク内流動の予測に取り組んだ。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] 観測ロケット実験による極低温沸騰二相流観察実験2015
Author(s)
更江 渉, 杵淵 紀世志, 小林 弘明, 梅村 悠, 藤本 圭一郎, 薮崎 大輔, 杉森 大造, 姫野 武洋, 野中 聡, 藤田 猛, 佐藤 哲也
Organizer
日本航空宇宙学会第51回航空原動機・宇宙推進講演会
Place of Presentation
富山国際会議場、富山
Year and Date
2015-03-09 – 2015-03-10
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