| 研究概要 |
セラミック超音速ノズルを含む新しいダクト系を用いて,主流全温を約1000℃まで加熱上昇のうえ,燃料ガス(水素)を垂直噴射する実験を行った。主流マッハ数は1.8,噴射孔は壁面にフラッシュに設けた直径1.5mmの円孔を2ケ,間隔6mmで配置した。衝撃波や火炎の光学的可視化観察および圧力温度計測など実験デ-タの解析を通じて,(1)噴射水素ガスの自発着火が実現されること,(2)着火保炎に壁面境界層が大きな役割を果すこと,(3)燃焼反応と静圧上昇とが良い相関を示すこと,(4)円孔噴特に特徴的な噴射直後流領域への主流の廻り込み現象が存在すること,(5)燃焼器出口にバルクフレ-ムと呼ばれる広い混合拡散火炎が生じ,その着火温度は2次元スリット噴射よりも円孔噴射の方が低いこと,などが明らかになった。
一方,数値計算による流れ場のシミュレ-ションに関しては,従来の連続体近似に基づくナビア・スト-クス運動方程式に依らない気体運動論に立脚した直接シミュレ-ションモンテカルロ法の解析コ-ドを開発した。この方法を平行流路内のマッハ数2の主流に対し壁面垂直噴射を行うモデルに適用して解析した結果,離脱衝撃波や噴射上流の別離領域と衝撃波さらに噴流内部のバレル衝撃波とマッハディスク構造など,上記の実験や既存計算により解析されている流れ場の特徴をすべて非常に良く説明できることが示された。
本研究は,このように超音速燃焼の実現に向けての基礎研究として将来へ明るい展望を切開くことに成功した。
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