| 研究課題/領域番号 |
18360096
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大平 勝秀 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30375117)
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| 研究分担者 |
石本 淳 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (10282005)
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| キーワード | 極低温流体 / 強制対流熱伝達 / 固液二相流 / スラッシュ窒素 / スラッシュ水素 / 再使用型宇宙輸送機 / 再生可能エネルギー / 水素 |
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| 研究概要 |
本研究は、配管内を流動するスラッシュ窒素(液体窒素と固体窒素粒子が混在する固液二相流体)の強制対流熱伝達現象について、熱伝達特性、伝熱性能を左右する影響因子、伝熱が原因で発生する不安定流動現象について、伝熱実験を実施することにより実験的、理論的に解明することが目的である。また、得られた実験データおよび理論的な検討をもとに数値解析モデルを構築し、数値計算コードを開発して、数値シミュレーションによる伝熱・流動現象の評価手法を確立する。
本年度は、熱伝達測定用ヒータ管(銅製、内径15mm、10mmの2種類)、計測機器等を製作、購入し、既存のスラッシュ窒素試験装置にて伝熱・流動実験を実施した。内径15mmのヒータ管を主に使用して、スラッシュ窒素(温度63K、固相率0〜30wt%)およびサブクール液体窒素(温度63K)の熱伝達特性を実験により取得した。実験条件は流速1〜6m/s、レイノルズ数50000〜300000である。スラッシュ窒素については、固相率、流速等の違いによる熱伝達特性が明らかとなり、サブクール液体窒素の熱伝達特性との比較、検討を実施した。
固体窒素粒子の非加熱時の配管内流動特性を高速度VTRおよびPIV装置で可視化測定し、固体粒子の流動様式(流速小:非均質流、流速大:擬均質流)が明らかとなった。特に、PIV測定において固体粒子をトレーサとして使用することにより、固体粒子速度の測定を可能とした。
二流体モデルに基づくスラッシュ窒素三次元(重力の影響含む)管内二相流を直接数値シミュレーションする方法を構築し、解析を実施した。固相率、固体粒子サイズによる流動状況の違いが得られ、実験結果との比較を実施した。スラッシュに特有な流動現象、例えば固体粒子の管軸方向移動などを数値解析により確認した。
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