| 研究概要 |
超音速流れにおける混合は工業的にはいたるところで応用される可能性がある.例えば現在最も地注目されている応用にはスクラムジェットエンジンにおける燃焼の性能向上がある.それ以外に溶射における溶射粒子と燃焼用ガスの混合,エアーガンにおける空気と塗料の混合などが挙げられる.これらの混合における問題の1つは,ダクト内を超音速で流れる空気に対し,いかに速やかに燃料を混合させるかということである.本研究は,特許申請したアイディアを基に,そのための効率的な装置を実現するため,ダクトの一部を多孔壁とキャビティとして従来のパッシブコントロールの手法を適用し,衝撃波の積極的な活用を目指したものである.
その結果,実験における光学的観察,2次元的な圧力測定およびタフト法により流れ場を明らかにした.さらにそれと3次元圧縮性Navier-Stokesを支配法的式として数値シミュレーションを比較することにより,重要な知見が得られた.すなわち,流れ場に対して垂直に噴射したり突き出し棒を挿入する場合,その配列によりへさき衝撃波の形状は大きく異なると同時にキャビティ内部の流れ方向も変わることがわかった.また数値シミュレーションとの比較により,ジェットや突き出し棒のいずれの場合もその下流において全圧損失が発生するが,スパン方向に3つの突き出し棒を配列した場合にもっとも全圧損失が大きいことがわかった.これはダクトの上壁面の圧力分布からも明らかであり,その条件でのへさき衝撃波による圧力上昇がもっとも大きいことが確認できた.またダクト側壁におけるへさき衝撃波の反射も確認されており,3次元性が今後重要になることも明らかとなった.
以上のことより,ダクト内主流がキャビティ内に流れ込み,その流れ場がさらに再び主流に吹き出すことが確認され,キャビティ内における混合の促進が実現できる可能性を確認した.
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