Numerical Simulation of Oxidizer Flow inside a Hybrid Rocket Engine and Prediction of Flow Rate

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本研究では，ハイブリットロケットエンジンの酸化剤として使用されている亜酸化窒素(N2O)の配管内流れの数値的な再現と，インジェクター部における流量特性の把握，並びに実験的手法による流量計測を目的としている．2022年度においては，2021年度に導入した高性能ワークステーションを活用し，引き続き亜酸化窒素流れの数値解析を実施した．2021年度において，インジェクター部における流量係数が，室蘭工業大学で実施した流量計測実験で得られた値と概ね一致し，数値計算の妥当性を確認することができたため，2022年度においては流量を最大にするようなインジェクター形状を模索する取組として，インジェクター部の長さ（L）とインジェクターの直径（D）の比率であるL/Dを変更した場合の亜酸化窒素流れの変化および流量係数に与える影響について調査した．その結果，L/Dを大きくした（インジェクター形状を細長くした）場合にインジェクター内部におけるキャビテーションの発生を抑制することができたが，流量係数としては減少することがわかった．これはインジェクター長さが長くなったことによる圧力損失によるものであると考えている．今後はL/Dだけでなく，インジェクター角部やインジェクター径が長さ方向に変化するインジェクターなどにおいて数値計算を試行し，流量が最大となるインジェクター形状を模索する．室蘭工業大学においては引き続き亜酸化窒素の配管内ならびに供給タンク内流動について流量計測や可視化実験が実施された．特に，供給タンクへ亜酸化窒素を導入する場合には，供給差圧を小さくして供給速度を下げないと大規模な減圧沸騰が発生し過度な気化が起こることがわかった．