| 研究課題/領域番号 |
24246135
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
永田 晴紀 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40281787)
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| 研究分担者 |
戸谷 剛 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00301937)
大島 伸行 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10217135)
脇田 督司 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80451441)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | ロケット / 燃焼 / 航空宇宙工学 / ハイブリッドロケット |
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| 研究概要 |
(1)高レイノルズ数域における燃料後退速度式の取得、および遷移レイノルズ数の取得
CAMUI型燃料ブロックの各前端面の後退速度は、上流ブロックポート内の流量密度のm乗に比例する。この指数mは燃焼実験により取得できるが、淀み域での熱伝達機構が支配的な条件では0.5に近付き、壁面噴流域での熱伝達機構が支配的な条件では0.8に近付く。これまでの研究により、レイノルズ数の増大により、淀み域支配から壁面噴流域支配へと熱伝達機構が遷移することが判っている。
本年度は、燃焼室内径100 mm、推力2 kN級地上燃焼モータ（既存設備）を使用して燃焼実験を実施した。酸化剤流量を変化させることによりレイノルズ数域を変化させ、指数mの値を取得した。レイノルズ数200,000までの範囲で燃焼実験を行った結果、レイノルズ数100,000近傍で熱伝達機構が変化してmの値が0.8になり、200,000までは更なる遷移は起こらないことが明らかになった。また、ポート長さの増大により遷移レイノルズ数が増大することが確認された。
(2)Large Eddy Simulation（LES）による燃焼室内流れ場の構造の解明
高レイノルズ数域でデータを取得するためには大スケールのモータによる大掛りな燃焼実験が必要であるため、可能な限り燃焼実験の回数を削減することが求められる。衝突流れ場の構造に影響を与えるパラメタを予め同定できれば、遷移レイノルズ数に影響を与えるパラメタを絞り込むことができる。具体的には、ポートやポート長さ等の各パラメタを独立に変化させ、内部流れ場に関する数値シミュレーションを実施することにより、衝突流れ場の構造に影響を与えるパラメタを予め同定することを目指す。本年度はこのようなパラメタ感度調査を実施し、遷移レイノルズ数が主にポート長さとポート径の比により決まることを明らかにした。
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| 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
レイノルズ数200,000までの範囲において流れ場の構造および熱伝達機構を明らかにするという本年度の達成目標は完了しており、概ね当初計画通りに研究が進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
高レイノルズ数領域まで燃焼特性を取得するための大型モータの開発は、予定を前倒しで進めている。平成25年度初頭には推力10 kN級モータによる燃焼実験を開始し、データの蓄積を進めたい。
数値計算による燃焼流れ場の解析については、当初はレイノルズ数と流路形状の変化による熱伝達特性を確認するまでを目標としてきたが、昨年度の予備的な検討により、燃焼面の後退を計算コードに組み込む目途を得た。本成果を受けて、燃焼中における流路形状の進展についても、数値計算により再現を試みる計画である。
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