極低温超臨界流体における燃焼ダイナミクスの研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360380
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 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), 教授 (40342620)
• 研究分担者: 寺本 進 東京大学, 工学系研究科, 准教授 (30300700)
• 連携研究者: 越 光男 横浜国立大学, 環境情報研究院, 客員教授 (20133085) ; 林 光一 青山学院大学, 理工学部, 教授 (60156437) ; 徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10312662) ; 津田 伸一 信州大学, 工学部, 講師 (00466244) ; 清水 和弥 東京大学, 工学系研究科, 研究員 (80373447) ; 寺島 洋史 (石原 洋史) 東京大学, 工学系研究科, 特任准教授 (20415235) ; 清水 太郎 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 情報・計算工学センター, 研究員 (00446600) ; 谷 洋海 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 情報・計算工学センター, 研究員 (80633784) ; 朝原 誠 青山学院大学, 理工学部, 助教 (40633045) ; 森井 雄飛 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 情報・計算工学センター, 研究員 (50707198)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ロケット / 宇宙工学 / 流体工学 / 熱工学 / 超臨界流体

研究概要

高圧条件下での超臨界燃焼流体に対する熱力学的特性・流体力学的特性を明らかにするために，(1)RANS解析(2)LES解析(3)実験 を実施した．RANS解析では，単軸の極低温超臨界窒素噴流の密度分布について実験結果と比較し，妥当な結果が得られることを確認した．さらに，多化学種の質量保存式を含む流体対応の前処理法を開発し，非定常な低速酸水素剪断流における剪断層の不安定現象を捉えることに成功した．LES解析については，遷臨界混合層において擬臨界温度が乱流渦構造に与える影響は小さかった．実験については，極低温遷臨界窒素噴流における中心軸上の温度勾配は，擬臨界温度付近で緩やかになる傾向が見られた．

研究成果

• [雑誌論文] A numerical study on a temporal mixing layer under transcritical conditions (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroumi Tani, Susumu Teramoto, Nobuhiro Yamanishi, Koji Okamoto
  • 雑誌名: Computers & Fluids ページ: 93-104
  • DOI: 10.1016/j.compfluid.2012.10.022
  • 査読あり
• [学会発表] Temperature Distribution of a Cryogenic Nitrogen Jet Under Supercritical Pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Toki, S. Yoshida, H. Tani, S. Teramoto, K. Yamaguchi, K. Okamoto
  • 学会等名: 7th Tri-University Workshop on Aerospace Engineering 2014
  • 発表場所: Jeju Island, Korea
  • 年月日: 2014-03-03
• [学会発表] Numerical Study of Cryogenic Coaxial Jet under Supercritical Condition (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Muto, N. Tsuboi, H. Terashima
  • 学会等名: SCITECH2014
  • 発表場所: Maryland, USA
  • 年月日: 2014-01-13
• [学会発表] Numerical Simulation on Unsteady Compressible Low-Speed Flow Using Preconditioning Method : Preconditioning Method Including Multi-Species Mass Conservation Equations (2013)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tsuboi
  • 学会等名: OS1-6, Tenth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2013-11-26
• [学会発表] 超臨界雰囲気下における極低温窒素噴流の温度分布 (2013)
  • 著者名/発表者名: 都木貴彦, 吉田慎之介, 谷洋海, 寺本進, 山口和夫, 岡本光司
  • 学会等名: 第45回流体力学講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-07-05
• [学会発表] Temperature measurement of cryogenic nitrogen jets at supercritical pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroumi Tani, Susumu Teramoto, Takahiko Toki, Shin-nosuke Yoshida, Kazuo Yamaguchi, Koji Okamoto
  • 学会等名: 5th European Conference for Aeronautics and Space Sciences
  • 発表場所: Munichi, Germany
  • 年月日: 2013-03-07
• [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 (2012)
  • 著者名/発表者名: 寺本進, 谷洋海
  • 学会等名: 第26回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-12-18