2016 Fiscal Year Annual Research Report
極低温ロケット上段推進系における気液二相熱伝達特性と数値的予測手法の総合的研究
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15H04198
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
姫野 武洋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (60376506)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 液体ロケット / 推進薬管理 / スロッシング / 極低温 / 表面張力 / 落下塔 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低温スロッシング実験では、実験手順を工夫することにより、液面付近に形成される液温成層(飽和温度に近い温度の境界層)の厚みを変化させることに成功した。これを利用し、加振開始時に液温成層厚を様々な変化させた実験を行った。その結果、スロッシングに伴うタンク圧降下の原因が、液温成層の破壊と、深層に存在していたサブクール液と気相の接触に伴う凝縮促進により説明できることの確証が得られた。また、一般にスロッシングの流動を減衰させる邪魔板から発生する乱れにより、液温成層の破壊が促進される結果、タンク圧降下がむしろ促進される場合があることが見出された。
落下塔を用いて獲得される低重力環境での液体挙動観察実験では、連携研究者の協力を得て、円筒容器の軸方向スライダを搭載した落下筐体を制作した。約２秒間の微小重力環境において、予め決められた通りに駆動されるスライダに円筒容器を搭載し、液体ロケットの段間分離時あるいは衛星分離時の加速度環境を相似に再現した。円筒容器の内部では、軸方向加振を受けて液柱が立ち上る様子が明瞭に捉えられた。
自由表面流の数値解析では、複雑形状流れ場を対象とするための改良を継続した。具体的には、多領域に対応した高速行列解法を導入した。これを用いて、非定常加速度を受ける直円管内プラグ流の数値的模擬を行い、加速度の変動により流動様式がプラグ流と層状流の間で遷移する場合、それに伴って管路の圧力損失も大きく変化することなどが再現された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
極低温スロッシング実験において、実験手順の工夫により、再現性が向上したことに加え、液温成層を入力条件として制御できるようになり、流動と伝熱と相変化がタンク圧降下を引き起こしていることが明確になり、数値計算の検証に有用なデータの蓄積が進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
獲得された実験データを参照しながら、数値解析における相変化と界面熱伝達モデルを構築する。液体窒素だけでなく、液体水素についても、地上での貯蔵容器ならびに液体ロケットの実機タンク圧データを参照し、数値解析によるタンク内熱流動の定量的な予測手法確立を目指す。
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Research Products
(10 results)
