高精度なボイド率測定手法を適用した沸騰水素の熱流動特性の解明

使用高精度空隙率测量方法阐明沸腾氢的热水力特性

基本信息

批准号：
19K23504
负责人：
坂本勇樹
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-08-30 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

航空宇宙機の燃料として使われており，近年水素社会の実現に向けて，その需要が高まっている液体水素について，沸騰状態における高精度な計測制御を実現することを目的に，次の課題に取り組んだ．【課題1】ボイド率計測技術に基づく沸騰水素の熱流動特性の解明：本年度は既存の沸騰水素流動試験装置の配管の改修を行い，テストセクション圧力を従来の300 kPaAから500 kPaAまで引き上げた．これにより流路径 15mmの水平流動条件について，流量・温度ともにこれまでに比較して広範囲のデータを得た．得られた結果から自身が300 kPaAまでの流動条件に対して提案した流動特性予測モデルが，500 kPaAまでおおむね適用可能であることを確認した．さらに，流動様式（気液二相流における気体と液体の混合様相）の判定に，撮影画像を用いた機械学習で分類可能であることを示した．さらに次年度には，圧力変化だけでなく流路径が流動特性に与える影響の評価が予定されており，内径10 mmの液体水素流動配管の設計と製作を行った．【課題2】高精度・高信頼のボイド率計測技術の開発：測定精度の温度依存性低減とセンサーの機械的堅牢性向上を図るため，コネクター部と表面処理を除くオール金属の複数極板ボイド率計を検討している．本年度は，極低温域で使用可能な絶縁表面処理手法の調査と電場解析を用いた複数極板のボイド率計の設計方法の確立を行った．プロトタイプモデルの設計は完了しており，今後は常温での測定精度の評価，低温域での機械的堅牢性の評価，低温から高温までの測定精度の温度依存性の評価が必要である．

解决以下问题的目的是实现对液体氢的高精度测量和控制，该测量已被用作航空航天车的燃料，并且近年来一直在增加，目的是在液态氢的沸腾状态下实现高精度测量和控制。 [问题1]基于空隙速率测量技术对沸腾氢的热流量特征的评估：今年，我们翻新了现有的沸腾氢流动测试设备的管道，并增加了从常规300 kPaa到500 kpaa的测试部分压力。与以前的流速和温度相比，这使我们能够在水平流量条件下获得广泛的数据，其流道直径为15 mm。从获得的结果中可以证实，对于高达300 kPaA的流量条件，提出的流量特征预测模型通常适用于500 kPaa。此外，证明可以使用照片的图像使用机器学习对流动模式（气体和液体的混合模式）进行分类。此外，在下一个财政年度，不仅要评估压力变化，而且还评估了流动路径对流动特性的影响，并进行了液态氢流管的设计和制造，内径为10 mm。 [问题2]开发高精度，高度可靠的空隙速率测量技术：为了降低测量精度的温度依赖性并提高传感器的机械鲁棒性，我们正在考虑所有金属的多电极仪表，不包括连接器部分和表面处理。今年，我们研究了可以在极低温度区域中使用的绝缘表面处理方法，并使用电场分析为多电极空隙比计建立了一种设计方法。设计了原型模型，必须在室温下评估测量精度，评估低温下的机械牢度，并评估从低温到高温的测量精度的温度依赖性。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Experimental investigation of flow regime transition for boiling hydrogen flow in horizontal pipes

水平管道沸腾氢气流流态转变实验研究

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuki Sakamoto;Hiroaki Kobayashi;Yoshihiro Naruo;Yuichiro Takesaki;Nakajima Yo;Hiroki Tsujimura;Koki Kabayama;Tetsuya Sato
通讯作者：
Tetsuya Sato

Experimental investigation of heat transfer characteristics for boiling hydrogen flow in horizontal circular pipes

水平圆管内沸腾氢气流传热特性实验研究

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuki Sakamoto;Hiroaki Kobayashi;Yoshihiro Naruo;Yuichiro Takesaki;Yo Nakajima;Hiroki Tsujimura;Koki Kabayama;Tetsuya Sato
通讯作者：
Tetsuya Sato

能代ロケット実験場における大型液体水素実証計画

能代火箭试验场大型液氢示范项目