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大規模詳細化学反応解析による自着火性液体推進薬の噴霧着火プロセスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 26820379
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 航空宇宙工学
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

谷 洋海  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (80633784)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード自燃性 / 自着火 / 噴霧燃焼 / 詳細化学反応 / 宇宙推進 / 数値流体力学 / 自燃性推進剤 / 着火遅れ時間 / 大規模詳細反応機構 / 数値解析 / 混相流 / 化学推進 / 液滴燃焼
研究成果の概要

本研究は宇宙機化学スラスタで使用される自燃性推進剤の自着火と噴霧燃焼形態を解明し、数値解析による燃焼予測の向上を図るものである。広く採用されるモノメチルヒドラジンと四酸化二窒素の衝突噴霧流の可視化に成功し、液膜分裂、蒸気生成、ガス着火、火炎伝播というプロセスで火炎が形成されることを解明した。数値解析では大規模詳細解析を考慮した2種類の解析コードを構築した。一つは質点近似法で噴霧燃焼を再現する手法であり、液滴サイズによって燃焼効率が大きく変化することを解明した。また、もう一方の界面追跡法による解析では液体推進剤周りで蒸気と外気による水素引抜反応による発熱が自着火を引き起こすことがわかった。

報告書

(5件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Atomization and hypergolic reactions of impinging streams of monomethylhydrazine and dinitrogen tetroxide2017

    • 著者名/発表者名
      Tani Hiroumi、Daimon Yu、Sasaki Masahiro、Matsuura Yoshiki
    • 雑誌名

      Combustion and Flame

      巻: 185 ページ: 142-151

    • DOI

      10.1016/j.combustflame.2017.07.005

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Numerical Study on Hypergolic Combustion of Hydrazine Sprays in Nitrogen Tetroxide Streams2017

    • 著者名/発表者名
      Tani Hiroumi、Terashima Hiroshi、Daimon Yu、Koshi Mitsuo、Kurose Ryoichi
    • 雑誌名

      Combustion Science and Technology

      巻: 190 号: 3 ページ: 516-534

    • DOI

      10.1080/00102202.2017.1402010

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational Study of the Rate Coefficients for the Reactions of NO2 with CH3NHNH, CH3NNH2 and CH2NHNH22015

    • 著者名/発表者名
      Nozomu Kanno, Hiroumi Tani, Yu Daimon, Hiroshi Terashima, Norihiko Yoshikawa, Mitsuo Koshi
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A

      巻: 119 号: 28 ページ: 7659-7667

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.5b00987

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hypergolic Ignition Mechanism of Hydrazine/nitrogen tetroxide Co-flowing Jets at Low Temperatures2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, H. Terashima, M. Koshi, Y. Daimon
    • 雑誌名

      International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion

      巻: 14 号: 1 ページ: 71-84

    • DOI

      10.1615/intjenergeticmaterialschemprop.2015011276

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hypergolic Ignition and Flame Structures of Hydrazine/nitrogen tetroxide Co-flowing Plane Jets2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, H. Terashima, M. Koshi, Y. Daimon
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 35 号: 2 ページ: 2199-2206

    • DOI

      10.1016/j.proci.2014.07.053

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Interface Tracking Simulations of LOx/GH2 Coxial Combustions at Subcritical Pressures2017

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, Y. Umemura, Y. Daimon
    • 学会等名
      AIAA SciTech 2017
    • 発表場所
      Grapevine, USA
    • 年月日
      2017-01-09
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] All-speed reactive two-phase flow simulations with Basilisk2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroumi Tani
    • 学会等名
      Basilisk/Gerris Users’ Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 界面追跡法を用いた液体ロケットエンジン亜臨界圧燃焼流解析2016

    • 著者名/発表者名
      谷洋海、大門優、梅村悠、根岸秀世
    • 学会等名
      第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      石川県金沢市
    • 年月日
      2016-07-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Numerical Study on Droplet Evaporation and Auto-ignition of Hypergolic Propellants2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, Y. Umemura, Y. Daimon, H. Terashima, M. Koshi
    • 学会等名
      9th International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Firenze, Italy
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Modeling of Droplet Burning of Hypergolic Propellants2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, Y. Umemura, Y. Daimon, H. Terashima, M. Koshi
    • 学会等名
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2016
    • 発表場所
      Takamatsu, Japan
    • 年月日
      2016-03-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interface-Tracking Simulations of Droplet Vaporization and Burning of Hypergolic Propellants2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, Y. Umemura, Y. Daimon, H. Terashima, M. Koshi
    • 学会等名
      AIAA SciTech 2016
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2016-01-04
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自燃性推進剤噴霧燃焼の特異な火炎ダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      谷洋海、寺島洋史、黒瀬良一、北野智朗、越光男、大門優
    • 学会等名
      弟24回微粒化シンポジウム
    • 発表場所
      神戸、兵庫
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 衝突噴射される自燃性推進剤の自着火及び火炎挙動の高速度撮影2015

    • 著者名/発表者名
      谷洋海、大門優、笹木正裕、松浦芳樹
    • 学会等名
      弟53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば、茨城
    • 年月日
      2015-11-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 自燃性推進剤の衝突噴流燃焼モードの数値解析2015

    • 著者名/発表者名
      谷洋海、寺島洋史、越光男、大門優
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2015
    • 発表場所
      大岡山、東京
    • 年月日
      2015-09-26
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Effects of Droplet Size on Hypergolic Combustion of Hydrazine Spray2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, H. Terashima, R. Kurose, T. Kitano, M. Koshi, Y. Daimon
    • 学会等名
      25th International Colloquium on the Dynanmics of Explosions and Reactive Systems
    • 発表場所
      Leeds, UK
    • 年月日
      2015-08-02
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hypergolic Ignition and Flame Structures of Hydrazine Spray/Gaseous Nitrogen Tetroxide Co-flowing Jets2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, H. Terashima, R. Kurose, T. Kitano, M. Koshi, Y. Daimon
    • 学会等名
      53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 発表場所
      Kissimmee, USA
    • 年月日
      2015-01-05 – 2015-01-09
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Hypergolic Ignition Mechanism and Flame Structures of Monomethylehydrazine/Nitrogen Dioxdide Co-flowing Jets2014

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, H. Terashima, N. Kanno, M. Koshi, Y. Daimon
    • 学会等名
      5th International Symposium on Energetic Materials and Their Applications
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒドラジン/二酸化窒素同軸噴流の特異な二重火炎構造2014

    • 著者名/発表者名
      谷洋海, 寺島洋史, 越光男, 大門優
    • 学会等名
      第46回流体力学講演会/第32回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      弘前
    • 年月日
      2014-07-03 – 2014-07-04
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Hypergolic Ignition Mechanism of Hydrazine/nitrogen tetroxide Co-flowing Jets at Low Temperatures2014

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, H. Terashima, M. Koshi, Y. Daimon
    • 学会等名
      10th International Symposium on Special Topics in Chemical Propulsion & Energetic Materials
    • 発表場所
      Poitiers, France
    • 年月日
      2014-06-02 – 2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2019-03-29  

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