極度に非平衡な反応性流れの解明

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05302051
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 白井 紘行 群馬大学, 工学部, 教授 (00008509)
• 研究分担者: 中村 佳朗 名古屋大学, 工学部, 教授 (80115609) ; 山本 恭二 岡山大学, 工学部, 教授 (80026103) ; 新岡 嵩 東北大学, 流体科学研, 教授 (90208108) ; 本間 弘樹 千葉大学, 工学部, 教授 (90009233) ; 西田 迪雄 九州大学, 工学部, 教授 (10025968)
• キーワード: 熱化学的非平衡流 / 高エンタルピー流 / 衝撃波流 / 燃焼流 / 気体力学レーザー / 空力加熱 / 希薄気体流 / 極超音速流

研究概要

再突入機、プラズマ風洞、衝撃波管などにおける極超音速熱化学的非平衡流において、三温度流が高温気体からの放射、空力加熱に及ぼす影響を詳細に検証した。高温度環境下において、かなり高密度流でも振動エネルギーモードと同様に回転エネルギーモードも非平衡である可能性が強いこと、衝撃波誘導空力加熱問題において、振動モードの励起がかなり寄与すること、反応モデルが内部エネルギー分布に影響を与え、解離の進行を制御することなどが明らかになった。自由ピストン駆動型衝撃波管において、マッハ30を越える強い衝撃波の緩和領域で初めて放射スペクトルの観測に成功した。非平衡燃焼流の研究においては、空気と水素の超音速混合層での1〜3段反応流を解明した。可燃混合気中の伝播火炎と衝撃波の干渉は流れに不安定性にし、乱流火炎が誘起されること、デトネーションのシミュレーションからデトネーションが定常振動的挙動をとる場合のあることが判った。極超音速流中でのCRSジェット反応流を数値的にシミュレートし、最新の反応機構を用いてかなり実験との一致性が改善された。金属表面酸化被膜の直火還元において、空気比が還元/酸化の量論混合比を越えても還元可能であることを理論的に示し、それは非平衡状態での還元性ラジカルと酸化ラジカルの量で決まることを示した。レーザー関連では、風洞型エキシマレーザーの高繰り返し運転の実施を進め、出力レーザー光の時間空間分解の特性を明らかにした。熱交換型ガスダイナミックレーザーのノズル流のレーザ干渉計による可視化測定からガス組成の最適化で出力が従来の数倍になり得ることを示した。希薄膨張流を高感度イメージ増倍管を用いて可視化し、ジェットの不安定な構造変化を測定した。触媒性を持つ管壁内の自由分子流の挙動を解析し、管長や管端の閉塞性の関係を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Sakamura: "Theoretical Nonequilibrium Flow Analysis in Atmospheric Entry Conditions" Proc.of Int.Symp.on Aerospace and Fluid Sci.149-155 (1993)
• [文献書誌] M.G.Lee: "Computational Study on Shock Wave Propagation and Starting Process in a Shock Tunnel Nozzle" Proc.of 5th Int.Symp.Computational Fluid Dynamics. 120-125 (1993)
• [文献書誌] M.Nishida: "Numerical Simulation of a Supersonic Free Jet Impingement upon a Flat Plate" Proc.of 5th Int.Symp.Computational Fluid Dynamics. 363-368 (1993)
• [文献書誌] 田部井勝稲: "フオトンカウンティング法による円管内オリフィス流のキャビテーション発光領域の可視化" 日本機械学会論文集(B編). 59. 3720-3725 (1993)
• [文献書誌] H.Honma: "Shock Tube Study on Radiation Emission from High-Temperature Air in Hypersonic Flow" Proc.of the IUTAM Symposium. 275-280 (1994)
• [文献書誌] H.Honma: "Shock Tube Studies of Strong Shock Waves" Proc.of Int.Symp.on Aerospace and Fluid Sci.128-148 (1993)
• [文献書誌] S.Aso: "Numerical Simulations of Unsteady Aerodynamic Heating Phenomena due to Shock Wave Reflections with Vibrational Equilibrium" The Memories of Faculty of Engineering,Kyusyu Univ.53. 47-56 (1993)
• [文献書誌] S.Aso: "Numerical Simulations of High Temperature Effects on Unsteady Aerodynamic Heating Phenomena due to Shock Wave Reflection" Proc.of 5th Int.Symp.on Computational Fluid Dynamics. 33-37 (1993)
• [文献書誌] S.Aso: "Effects of Vibrational Equilibrium on Unsteady Aerodynamic Heating due to Shock Wave Reflection" Proc.of Int Sessions of 31st Aircraft Symp.564-567 (1993)
• [文献書誌] Y.Ju: "Ignition Analysis of Unpremixed Reactions with Chain Mechanism in Supersonic Mixing Layer" AIAA J.31. 863-868 (1993)
• [文献書誌] Y.Takano: "Simulations for Detonation Initiation behind Reflected Shock Waves" Prog.Astron.and Aeronaut.153. 283-297 (1993)
• [文献書誌] Y.Inoue: "Nonequilibrium Flow around Injection Jet into a Hypersonic Flow" Prog.of 19th Int.Symp.on Shock Waves. 26-30 (1993)
• [文献書誌] K.Teshima: "Structure of Supersonic Free Jets Issuing from Rectangular Oriffices" Shock Waves. (to be published).
• [文献書誌] K.Yamamoto: "Slip Flow of a Binary Gas Mixture over a Catalytic Wall" Theoretical and Applied Mechnics. 42. 221-232 (1993)