| 研究概要 |
超音速風洞用いた高速流と低速流により形成される単せん断流れ場,および2つの高速流に低速流がはさまれて形成される二重せん断流れ場の形成確認実験を行った.シャドウグラフ法およびシュリーレン法を用いた光学測定および圧力センサーによる静圧,全圧の計測およびせん断層移流速度の計測を行い,上述の流れ場が形成されることを確認した.また,流れ場に縦渦を強制的に導入することを目的として,正弦曲線型のトレーリングエッジを有するノズルを製作し,せん断層の流れ場の挙動を観察するとともに,せん断層の成長挙動を実験的に調べた.その結果,曲線型トレーリングエッジを用いることで縦渦が導入されることを確認し,二重せん断層においては,せん断層の成長率が顕著に増大することを明らかにした.一方,単せん断層では,縦渦の導入は確認されたものの,せん断層の成長にはほとんど寄与しないことがわかった.
せん断層の成長に関する空間発展計算を行った.二次不安定性を励起するために対象となる流れ場に導入する3種類の擾乱特性およびその導入方法の検討を行い,その具体的な手法を試みた.数値計算を実施した結果,最大の増幅率を持つ擾乱のみを導入した場合,上流では線形安定解析における二次不安定性問題と同様の流れ場が得られていることを明らかにした.また,流下とともに,コアに絡みつくような管状の縦渦構造(リブ構造)が形成されることが示された.実験において形成されるせん断流れを模擬することを目的として,正の増幅率を持つ全ての擾乱を導入した場合の詳細な計算を行い,流れ場の挙動,せん断層の変形および成長の詳細な挙動を明らかにした,この場合,擾乱を導入しない二次元計算と比べて,リブ構造によってせん断層厚さが増加することが明らかにされた.特に,スパン方向渦とリブ構造の波長が同じ場合に,最もせん断層厚さが増加し,最大の混合促進効果が得られることがわかった.また,二つのスパン方向擾乱を導入した場合には,混合促進効果が抑制されることが示された.
これと平行して,超音速流中に液体燃料を噴射して,その自発点火挙動および保炎挙動を調べるための基礎実験を行った.燃焼器にキャビティを設けることで,液体燃料の自発点火が可能となり,広い当量比,全温範囲で安定な燃焼が生じることを明らかにした.
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