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2012 年度 実績報告書

極低温超臨界流体における燃焼ダイナミクスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 23360380
研究機関九州工業大学

研究代表者

坪井 伸幸  九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40342620)

研究分担者 寺本 進  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30300700)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワードロケット / 航空宇宙工学 / 流体工学 / 熱工学 / 水素
研究概要

本年度の研究の成果は以下の通りである.
(1)RANS解析:非定常3次元解析コードに前処理法と非理想状態方程式を導入し,超臨界条件下で衝撃波管問題を実施した.そして公表されている他の研究者の計算結果と一致する事が示され,本解析コードの妥当性を確認した.また,状態方程式の効果として,理想状態方程式,Soave-Redlich-Kwong状態方程式,van der Waals状態方程式の3種類を比較し,理想状態方程式に比べ,他の2つの非理想状態方程式は,衝撃波と接触不連続面は遅く,膨張波は速く伝播することが示された.さらに超臨界状態における窒素噴流の解析も試行した.そして,反応モデルとしてUT-JAXAモデルも実装し,前処理効果を含めた解析コードにより酸水素同軸噴流の試計算を行った.
(2)LES解析:これまでに作成してきた2次元LES流体解析コードを使用して,噴射温度を100Kに固定して遷臨界圧力条件下で解析を実施した.LESとしてはimplicit LESを用いた.状態方程式はSRK状態方程式である.その結果,雰囲気圧力が4MPaの遷臨界付近では7MPa,10MPaの条件と異なり,大きく定圧比熱が変化するために後流まで噴射速度が維持されることや,密度勾配が噴流幅方向の速度変動を抑制したために後流まで噴射速度が維持される現象を明らかにした.また,遷臨界流れの保存形高次精度スキームの開発を行い,大規模解析に向けてコードのチューニングを実施した.
(3)実験解析:前年度実施した実験について,実験誤差および計測誤差の定量的な評価を行った.その上で,液体窒素を用いた極低温遷臨界窒素噴流の実験を実施し,前年度観察された疑臨界温度近傍における噴流の挙動について実験計測誤差を考慮した詳細なデータを取得した.その結果,温度と密度に関して疑臨界温度点で軸方向勾配が変化することが明らかになった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

数値解析および実験は,おおむね順調に進展している.特にRANS解析については,燃焼解析用の前処理法については試計算中であるが,燃焼解析の効率化はすでに実施している.

今後の研究の推進方策

引き続き2ヶ月に一度のミーティングを行い,研究方法や研究結果の議論を行う事で本研究を加速する.また,実験結果と解析結果を比較することで,解析方法の妥当性を検証する.さらに,積極的に研究成果を発表することで,成果に対する議論を行うとともに研究内容に対する助言を受ける.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (23件)

  • [雑誌論文] Two-dimensional Numerical Simulation on Galloping Detonation in a Narrow Channel2013

    • 著者名/発表者名
      Tsuboi, N., Morii, Y., A.K. Hayashi
    • 雑誌名

      The Combustion Institute

      巻: 34 ページ: 1999-2007

    • DOI

      10.1016/j.proci.2012.06.132

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transverse wave generation mechanism in rotating detonation2013

    • 著者名/発表者名
      Yuho Uemura, A. Koichi Hayashi, Makoto Asahara, Nobuyuki Tsuboi, Eisuke Yamada
    • 雑誌名

      The Combustion Institute

      巻: 34 ページ: 1981-1989

    • DOI

      10.1016/j.proci.2012.06.184

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical approach to one-dimensional CH4/O2 detonation with the reduction model DRG302012

    • 著者名/発表者名
      Youhi Morii, Nobuyuki Tsuboi, Hiroyuki Ogawa, Shinichiro Tokudome, A. Koichi Hayashi
    • 雑誌名

      Science and Technology of Energetic Materials

      巻: 73 ページ: 169-174

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Limits of Classical Molecular Simulation on the Estimation of Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen2012

    • 著者名/発表者名
      H.Nagashima, T.Tokumasu, S.Tsuda, N.Tsuboi, M.Koshi, A.K.Hayashi
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 38 ページ: 404-413

    • DOI

      10.1080/08927022.2010.548383

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On acoustic damping of a cylindrical chamber in resonant modes2012

    • 著者名/発表者名
      Shimizu, T., Hori, D., Yoshida, S., Tachibana, T., Matsuyama, S., Shinjo, J. Mizobuchi, Y., and Kobayashi, K.
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research

      巻: 44 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1088/0169-5983/44/4/045506

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 常温水に対する多重プロセス型キャビテーションモデルの構築および検証(初生/崩壊および合体/分裂の導入)2012

    • 著者名/発表者名
      津田 伸一, 谷 直樹, 山西 伸宏
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 78 ページ: 1165-1180

    • DOI

      10.1299/kikaib.78.1165

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development and Validation of a Reduced Critical Radius Model for Cryogenic Cavitation2012

    • 著者名/発表者名
      S. Tsuda, N. Tani, and N. Yamanishi
    • 雑誌名

      Journal of Fluids Engineering - Transactions of the ASME

      巻: 134 ページ: 051301(10pages)

    • DOI

      10.1115/1.4006469

    • 査読あり
  • [学会発表] Numerical evaluation of instability indices of a coaxial jet flame under tangential mode instability2013

    • 著者名/発表者名
      Dan Hori
    • 学会等名
      51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition
    • 発表場所
      Grapevine, Texas(USA)
    • 年月日
      20130107-20130110
  • [学会発表] Acoustic structure and damping estimation of a cylindrical rocket chamber during oscillation2012

    • 著者名/発表者名
      Taro Shimizu
    • 学会等名
      48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit
    • 発表場所
      Atlanta,Georgia(USA)
    • 年月日
      20120729-20120801
  • [学会発表] Numerical and analytical study on the acoustic structure in a cylindrical rocket chamber during oscillation2012

    • 著者名/発表者名
      T. Shimizu
    • 学会等名
      2012 Space Propulsion conference
    • 発表場所
      Bordeaux(France)
    • 年月日
      20120507-20120510
  • [学会発表] 前処理法を用いたハイブリッドロケット内部の3次元非定常圧縮性流れの数値解析:前処理法の効果

    • 著者名/発表者名
      坪井伸幸
    • 学会等名
      回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      別府ビーコンプラザ(大分県)
  • [学会発表] Three-dimensional Numerical Simulation on Unsteady Compressible Flow Using Preconditioning Method in Hybrid Rocket Engine:Effects of Preconditioning Schemes

    • 著者名/発表者名
      N.Tsuboi
    • 学会等名
      Ninth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      ホテルメトロポリタン(宮城県)
  • [学会発表] A Molecular Dynamics Study on the Density Fluctuation of Diatomic Fluid around Critical Point

    • 著者名/発表者名
      Masato Tomi
    • 学会等名
      Ninth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      ホテルメトロポリタン(宮城県)
  • [学会発表] 臨界点近傍における二原子分子流体の密度ゆらぎに関する分子動力学的研究

    • 著者名/発表者名
      冨正人
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2012
    • 発表場所
      高知大学(高知県)
  • [学会発表] 分子動力学法を用いた臨界点近傍における二原子分子流体の密度ゆらぎに関する研究

    • 著者名/発表者名
      冨正人
    • 学会等名
      第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 発表場所
      北九州国際会議場(福岡県)
  • [学会発表] Numerical Simulation of Supercritical Jet Structure Using Preconditioning Unsteady Compressible Method

    • 著者名/発表者名
      Daiki Mutoh
    • 学会等名
      34th International Symposium on Combustion, WIP
    • 発表場所
      ワルシャワ工科大学(ポーランド)
  • [学会発表] 超臨界圧力下における衝撃波管問題の数値解析:状態方程式の影響

    • 著者名/発表者名
      武藤大貴
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第66期総会・講演会
    • 発表場所
      九州産業大学(福岡県)
  • [学会発表] 数値解析による二次元超臨界噴流に対する圧力の影響の評価

    • 著者名/発表者名
      坂井敦紘
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第66期総会・講演会
    • 発表場所
      九州産業大学(福岡県)
  • [学会発表] 量子分子動力学法を用いた低温水素の量子効果の影響解析

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      国立オリンピック記念センター(東京都)
  • [学会発表] 経路積分セントロイド分子動力学法を用いた液体水素の熱物性評価

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹
    • 学会等名
      第49回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山県)
  • [学会発表] An Analysis of Quantum Effect on the Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen using Path Integral Centroid Molecular Dynamics Method

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima
    • 学会等名
      The 22nd International Conference on Chemical Thermodynamics
    • 発表場所
      Hotel Atlantico(Buzios, Brazil)
  • [学会発表] A Molecular Dynamics Study on the Thermodynamic Analysis of Cryogenic Hydrogen

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima
    • 学会等名
      The Ninth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      ホテルメトロポリタン(宮城県)
  • [学会発表] An Analysis of Quantum Effect on the Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tokumasu
    • 学会等名
      The 3rd International Form on Heat Transfer
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎県)
  • [学会発表] 日本機会学会2012年度年次大会

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹
    • 学会等名
      経路積分セントロイド分子動力学法を用いた低温水素の熱物性解析
    • 発表場所
      金沢大学(石川県)
  • [学会発表] 水素分子の量子効果が熱物性に与える影響解析

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹
    • 学会等名
      第26回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      九州大学 西新プラザ(福岡県)
  • [学会発表] Development and Validation of Multi-process Cavitation Model

    • 著者名/発表者名
      S. Tsuda
    • 学会等名
      International Symposium on Cavitation 2012
    • 発表場所
      Novotel Clark Quay(シンガポール)
  • [学会発表] The Influence of the Spin Multiplicities of Oxygen on the Thermal Properties

    • 著者名/発表者名
      S. Tsuda
    • 学会等名
      International Conference on Chemical Thermodynamics 2012
    • 発表場所
      Atlantico Buzios Convention & Resort(ブラジル)
  • [学会発表] A numerical study on a temporal mixing layer under transcritical conditions

    • 著者名/発表者名
      Hiroumi Tani
    • 学会等名
      International workshop on future of CFD and aerospace sciences
    • 発表場所
      RIKEN Advanced Institute for Computational Science(兵庫県)
  • [学会発表] Numerical study on cryogenic coflowing jets under transcritical conditions

    • 著者名/発表者名
      Hiroumi Tani
    • 学会等名
      APS 65th Annual DFD Meeting
    • 発表場所
      San Diego Convention Center, San Diego(USA)
  • [学会発表] 極低温遷臨界流れの保存形高次精度シミュレーション

    • 著者名/発表者名
      寺本進
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      国立オリンピック記念センター(東京都)

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公開日: 2014-07-24  

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