転炉用ノズルからの超音速噴流の速度減衰機構の解明と最適ノズル設計

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750145
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 宮里 義昭 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (30253537)
• Keywords: 転炉 / 超音速ノズル

Research Abstract

周知のとおり,鉄を作るにはまず原料の鉄鉱石とコークスを混ぜ,高炉で溶かして銑鉄とする.しかしこのままの状態では炭素の含有量が多くもろいので,転炉で超音速噴流を使って炭素を取り除く処理をする.この場合ノズル出口直径の20倍以上下流の噴流の速度減衰が小さいほどあるいはせん断乱流の影響の及ばないポテンシャルコアという領域が長いほど転炉の効率が良いことが知られているが,転炉用ノズルや超音速噴流についての利用できる実験データがほとんどないのが現状である.本研究は,転炉用ノズルからの超音速噴流の速度減衰機構を解明し,高性能超音速ノズルを開発することを目的とする.本研究においては,転炉で一般に用いられるノズル出口で広がり角をもつラバルノズルからの超音速噴流の時間平均的な特性を調べるための実験研究を行ない,これまでに次の結果を得ている.
(1)過膨張,適正膨張,不足膨張状態のノズル圧力比のもとで,シャドーグラフ法やシュリーレン法による超音速噴流の可視化を行ない,それぞれの流れ場における噴流構造を定性的に明らかにした.
(2)上述の3つの流れ場に対して,ピトー全圧管を使って噴流中心軸上の全圧測定を行い,ノズル圧力比とポテンシャルコア長さおよび超音速域長さの相関関係を求めた.
(2)上述の3つの流れ場に対して,ノズル出口での広がり角が噴流特性に及ぼす影響を調べた結果,ノズル広がり角度はポテンシャルコアの長さや超音速長さにほとんど影響しないことがわかった.

Research Products

• [Publications] 与那嶺牧子: "先細ダクトにおける複合圧縮流れの可視化"可視化情報. 21・2. 113-114 (2001)
• [Publications] H.Katanoda: "Effect of Reynolds number on Pitot-pressure distributions in underexpanded supersonic freejets"J. Propulsion and Power. 17・4. 940-942 (2001)
• [Publications] 片野田洋: "適正膨張超音速噴流中に置かれた円柱まわりの流れ"日本機械学会論文集B編. 67・663. 2687-2692 (2001)
• [Publications] J.K.Kwon: "Compound Choking of a Two-Parallel Stream Through a Converging Duct"KSME International Journal. 15・12. 1829-1834 (2001)