Investigation of unsteady dynamics and modeling of LCH4/LOx rocket engine combustion

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本年度は，亜臨界状態における微粒化特性に着目して実験を実施した．ピントル型インジェクタにおいて，スリット型およびスポーク型のインジェクタに対して，水を推進剤として噴射し，影写真法を用いて噴霧角の広がりを調べた．推進剤の全体運動量比の増大により，スリットタイプのインジェクタにおいて噴霧角が広がる傾向が示された．一方でスポークタイプの場合，広がり角の変化がスリット型と比較して小さかった．同時にウェーバー数を変化させて噴霧の分布を計測した．その結果，全体運動量比を1.0程度で固定した場合，ウェーバー数が大きくなるにつれて噴霧が均一化する結果が得られている．同時にレーザー干渉画像法を用いた液滴径分布の測定を行った．スポークタイプにおいては，全体運動量比の増大に伴いザウター平均粒径が大きくなるが，スリットタイプの場合は大きな相関はなかった．一方で，全体運動量比を1.0程度で固定した場合ウェーバー数の増大により，ザウター平均粒径が小さくなった．これらの影響を考慮し，燃焼試験を実施した場合のC*効率を調べた．全体当量比が全体運動量比1.18付近にピークがあるのに加え，ウェーバー数が増大するにつれてC*効率は下がる傾向が示された．大気圧のメタン/空気を用いたバーナー試験により，OH*化学発光のスペクトルに対して分光器を用いて測定を行った．火炎温度を変化させることで，スペクトルの変化を求めた．温度の変化および反応帯近傍において，これらのスペクトルが大きく変化することがわかった．また，メタン/LOxを推進剤とするピントル型噴射器を用いたロケットエンジンモデル燃焼器内の燃焼挙動の数値解析において，本年度はRK-PR実在気体方程式を用いた熱物性値評価アルゴリズムの構築を行った．上記の状態方程式を組み込んだ数値計算結果は，超臨界環境におけるメタンおよび酸素の熱物性値の文献値と概ね良い一致を示した．