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2023 年度 実績報告書

高速温度計測とInfi-TOFの複合分析による金属液滴連鎖分裂の凝縮相反応流解析

研究課題

研究課題/領域番号 22K18771
研究機関九州大学

研究代表者

井上 智博  九州大学, 工学研究院, 准教授 (70466788)

研究分担者 王 振英  九州大学, 工学研究院, 助教 (20896633)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード金属液滴 / 分裂 / 温度計測 / 質量分析 / 凝縮相反応
研究実績の概要

従来の流体工学の知見では,個々の液滴は1回しか分裂しない.近年,高温の金属液滴の内部で凝縮相反応に駆動されて発泡し,液滴が連鎖的に分裂を繰り返す現象が発見された.しかし現状,なぜ連鎖分裂が発生するのか,という根本的な疑問が未解明であった.そこで本研究では,二色温度法による温度計測と,発生ガス種のその場分析を同期した複合分析法を用いて,金属液滴の連鎖分裂機構を探究した.
具体的に以下の2点を目的に掲げて実験と理論解析からアプローチした.(1)高温の金属液滴の瞬時温度と発生ガス種を同時に計測可能な複合分析法を新規に開発・適用すること.(2)飛行する金属液滴が,連鎖分裂を起こす瞬間の温度と発生ガス種を特定することで,連鎖分裂を駆動するガス発生機構を明らかにし,連鎖分裂の機序にアプローチすること.
本研究では,安全かつ安定的に金属液滴を得る工夫として,試料金属をグラインダーで研磨した液滴が,自己加熱して融解し,連鎖分裂を生じることを利用した.
実験は,研究代表者所属の九州大学伊都キャンパスで実施した.まず,輝度比と温度の関係を校正したカラー高速度カメラを用いて金属液滴を撮影した.その結果,融点以上かつ沸点以下の温度で飛行しながら連鎖分裂に至ることが明らかになった.温度計測領域で吸引したガスをマルチターン分析経路で分離することで,金属液滴破裂時の発生ガス種をその場分析した.ガス発生は検知されたものの,液滴破裂を駆動する微小なガス種を分離することが困難であり,今後の課題が明確になった.液滴内部における物質拡散のLIF実験結果および,液滴内部の凝縮相反応を総合的に検討することで,液滴内部の物質拡散が律速過程であり,特に,雰囲気酸素の浸透によって,炭素鋼の場合は一酸化炭素の発生が,チタンの場合は窒素の発生が,液滴破裂を駆動するガス種であると推定された.

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Aix-Marseille University(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Aix-Marseille University
  • [雑誌論文] Aircraft engine fan tone noise due to back-pressure distortion caused by a downstream pylon under high-speed conditions2024

    • 著者名/発表者名
      Kusuda Shinya、Yamasaki Nobuhiko、Inoue Chihiro、Namba Masanobu
    • 雑誌名

      Journal of Sound and Vibration

      巻: 572 ページ: 118163~118163

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2023.118163

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimal Liquid Engine Architecture by Performance-Cooling Tradeoff Analysis2024

    • 著者名/発表者名
      Tauchi Soma、Inoue Chihiro、Wang Zhenying、Daimon Yu、Fujii Go
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: - ページ: 1~11

    • DOI

      10.2514/1.B39409

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flow structure near three phase contact line of low-contact-angle evaporating droplets2024

    • 著者名/発表者名
      Wang Zhenying、Karapetsas George、Valluri Prashant、Inoue Chihiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 124 ページ: -

    • DOI

      10.1063/5.0197919

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] In-situ 1-kHz real-time particle tracking velocimetry using high-speed streaming camera2023

    • 著者名/発表者名
      Ichimura Tenshiro、Inoue Chihiro、Wang Zhenying、Kuwabara George、Tahara Kenji
    • 雑誌名

      Flow Measurement and Instrumentation

      巻: 91 ページ: 102361~102361

    • DOI

      10.1016/j.flowmeasinst.2023.102361

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On-site direct imaging of carbon dioxide emissions from aircraft during landing and take-off cycle2023

    • 著者名/発表者名
      Inoue Chihiro、Higaki Shoji、Fujii Hideto、Ishikawa Naoto、Ueda Yukifumi
    • 雑誌名

      Environmental Advances

      巻: 13 ページ: 100432~100432

    • DOI

      10.1016/j.envadv.2023.100432

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Bipropellant Mixing at Vacuum Startup by Visualization Analysis and Optical Patternator2024

    • 著者名/発表者名
      K. Tominaga, Y. Daimon, G. Fujii and T. Nagata, Y. Matsuura, Y. Kano, and E. Uchiyama, Chihiro Inoue
    • 学会等名
      AIAA SciTech
    • 国際学会
  • [学会発表] 金属液滴と衝撃波構造の干渉による粉体化プロセスの高速イメージング2024

    • 著者名/発表者名
      谷本大航, 内田奈緒, 王振英, 井上智博, 堀内潤,高下拓也,山田和豊
    • 学会等名
      衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] Dynamics of Liquid Alloy Elongation and Pinch-off Process2023

    • 著者名/発表者名
      Mengjia Ren, Haruka Yasuhara, Zhengying Wang and Chihiro Inoue
    • 学会等名
      11th International Conference on Multiphase Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] Lubrication type model for wetting dynamics of multicomponent droplets2023

    • 著者名/発表者名
      Zhenying Wang, Prashant Valluri, George Karapetsas, Chihiro Inoue
    • 学会等名
      11th International Conference on Multiphase Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] Bursting titanium particles controlled by molecular diffusion2023

    • 著者名/発表者名
      Yuuki SAKAMOTO, Zhenying WANG and Chihiro INOUE
    • 学会等名
      18th International Symposium on Fireworks(
    • 国際学会
  • [学会発表] 物質拡散に律速されたチタン液滴連鎖分裂の統計量解析2023

    • 著者名/発表者名
      坂本 友輝,王 振英,井上 智博
    • 学会等名
      2023年度火薬学会春季研究発表会
  • [学会発表] ANNULAR LIQUID-FILM FRAGMENTATION PROCESS SHEARED BY DEVELOPED TURBULENT GAS FLOW2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki KAMADA, Takuya INOUE, Zhenying WANG, Chihiro INOUE, Shigeki SENOO
    • 学会等名
      ASME Turbo Expo 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] 揮発性二成分液滴の広がりに与える基底油膜の粘度と厚さの影響2023

    • 著者名/発表者名
      永田朋也, 王振英, 井上智博
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2023
  • [学会発表] 酸化膜を有する液体金属と懸濁液に見られる分裂加速のアナロジー2023

    • 著者名/発表者名
      安原はるか, Ren Mengjia, 王振英, 井上智博
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2023
  • [学会発表] Effects of trailing edge thickness on gas-sheared annular liquid-film fragmentation process2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki KAMADA, Takuya INOUE, Zhenying WANG, Chihiro INOUE, Shigeki SENOO
    • 学会等名
      International Gas Turbine Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 超音速気流による溶融金属アトマイズの高速シュリーレン撮影2023

    • 著者名/発表者名
      内田 奈緒, 谷本 大航, 王 振英, 井上 智博, 堀内 潤, 高下 拓也
    • 学会等名
      第32 回微粒化シンポジウム
  • [学会発表] 気流剪断を受ける波状液膜の三次元構造とドライアウト点の予測モデル2023

    • 著者名/発表者名
      井上 智博
    • 学会等名
      第32 回微粒化シンポジウム
  • [学会発表] Diffusion Controlled Spark Ramification Cascade2023

    • 著者名/発表者名
      Chihiro INOUE
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on Dynamics and Interface Phenomena of Bubbles and Droplets at Multiple Scales
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 内外の並行気流に挟まれた環状液膜の不安定と飛散液滴径2023

    • 著者名/発表者名
      村上恵斗,鎌田祥彰,王振英,井上智博,妹尾茂樹
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会西部支部講演会
  • [学会発表] 航空機エンジンから排出される二酸化炭素の直接イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      井上智博,檜垣尚志,藤井秀人,石川直人,上田恭史
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会西部支部講演会
  • [学会発表] 航空機から排出される二酸化炭素の直接イメージングの試み2023

    • 著者名/発表者名
      井上智博,檜垣尚志,藤井秀人,石川直人,上田恭史
    • 学会等名
      高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 真空下の二液式スラスタ始動不安定につながる推薬流動の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      富永晃司,大門優,藤井剛,長田泰一,松浦芳樹,加納康仁.内山絵里香,井上智博
    • 学会等名
      高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム
  • [図書] 寺田寅彦「線香花火」「金米糖」を読む2023

    • 著者名/発表者名
      松下貢 , 早川美徳, 井上智博, 川島禎子
    • 総ページ数
      192
    • 出版者
      窮理舎
  • [備考] 九州大学推進工学分野井上研究室Webページ

    • URL

      https://aero.apl-kyushu.page

  • [備考] 九州大学研究者情報

    • URL

      https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K006967

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公開日: 2024-12-25  

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