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2019 年度 実績報告書

高精度なボイド率測定手法を適用した沸騰水素の熱流動特性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K23504
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

坂本 勇樹  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 宇宙航空プロジェクト研究員 (50845774)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
キーワード水素 / 沸騰 / ボイド率 / 流動様式 / 熱伝達率 / 静電容量
研究実績の概要

航空宇宙機の燃料として使われており,近年水素社会の実現に向けて,その需要が高まっている液体水素について,沸騰状態における高精度な計測制御を実現することを目的に,次の課題に取り組んだ.
【課題1】ボイド率計測技術に基づく沸騰水素の熱流動特性の解明:本年度は既存の沸騰水素流動試験装置の配管の改修を行い,テストセクション圧力を従来の300 kPaAから500 kPaAまで引き上げた.これにより流路径 15mmの水平流動条件について,流量・温度ともにこれまでに比較して広範囲のデータを得た.得られた結果から自身が300 kPaAまでの流動条件に対して提案した流動特性予測モデルが,500 kPaAまでおおむね適用可能であることを確認した.さらに,流動様式(気液二相流における気体と液体の混合様相)の判定に,撮影画像を用いた機械学習で分類可能であることを示した.さらに次年度には,圧力変化だけでなく流路径が流動特性に与える影響の評価が予定されており,内径10 mmの液体水素流動配管の設計と製作を行った.
【課題2】高精度・高信頼のボイド率計測技術の開発:測定精度の温度依存性低減とセンサーの機械的堅牢性向上を図るため,コネクター部と表面処理を除くオール金属の複数極板ボイド率計を検討している.本年度は,極低温域で使用可能な絶縁表面処理手法の調査と電場解析を用いた複数極板のボイド率計の設計方法の確立を行った.プロトタイプモデルの設計は完了しており,今後は常温での測定精度の評価,低温域での機械的堅牢性の評価,低温から高温までの測定精度の温度依存性の評価が必要である.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Investigation of the void fraction-quality correlations for two-phase hydrogen flow based on the capacitive void fraction measurement2019

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Yuki、Kobayashi Hiroaki、Naruo Yoshihiro、Takesaki Yuichiro、Nakajima Yo、Furuichi Atsuhiro、Tsujimura Hiroki、Kabayama Koki、Sato Tetsuya
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 44 ページ: 18483~18495

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.05.066

    • 査読あり
  • [学会発表] Experimental investigation of heat transfer characteristics for boiling hydrogen flow in horizontal circular pipes2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakamoto, Hiroaki Kobayashi, Yoshihiro Naruo, Yuichiro Takesaki, Yo Nakajima, Hiroki Tsujimura, Koki Kabayama, Tetsuya Sato
    • 学会等名
      10th ACASC/2nd Asian-ICMC/CSSJ Joint Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental investigation of flow regime transition for boiling hydrogen flow in horizontal pipes2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakamoto, Hiroaki Kobayashi, Yoshihiro Naruo, Yuichiro Takesaki, Nakajima Yo, Hiroki Tsujimura, Koki Kabayama, Tetsuya Sato
    • 学会等名
      Aerospace Europe Conference 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 能代ロケット実験場における大型液体水素実証計画2020

    • 著者名/発表者名
      川口潤,小林弘明,竹崎悠一郎,成尾芳博,坂本勇樹
    • 学会等名
      宇宙輸送シンポジウム

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公開日: 2021-01-27  

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