Investigation of mixing and diffusion mechanisms with phase-separation of multi-component fluid under cryogenic high-pressure conditions

本年度の研究成果は以下の通りである．(1)数値解析による遷臨界・超臨界流体の解析：遷臨界圧/超臨界圧の条件下における高密度比の接触面の１次元移流問題についてEnergy-based（EB:完全保存形）およびPressure-based（PB:圧力発展方程式を用いた準保存形）の支配方程式を用いるハイブリッド法の構築をおこなった．また，圧力発展方程式とは別に，同様の条件下でも解析可能なDouble-Flux法(DF)も構築を行い，EB法とのハイブリッド法についても新規に開発した．極低温窒素の1次元移流問題（5 MPa, 高温側は300 K, 低温側は100 K，移流速度は100 m/s）について解析を行い，上記の2種類のハイブリッド法は非物理的な振動を抑えて高密度比の接触面を安定に捉えることができた．また，極低温の水素/酸素の1次元移流問題（10 MPa, 水素側は150 K, 酸素側は100 K，移流速度は200 m/s）も行い，上記の2種類のハイブリッド法は接触面を安定に捉えることができた．また，接触面にはPBもしくはDFが使用されており，それ以外の領域についてはEBが使用されていることも確認できた．(2)実験解析：超臨界同軸噴流の混合機構を理解するために，極低温超臨界噴流における大規模擾乱の光学計測を行った．噴流を2方向から高速度カメラでバックライト撮影して，剪断層部分の輝度分布から，剪断層を直線（エッジ）ではなく，分布（斜面形状）として抽出した．分布（斜面形状）を時間的に追跡することで，超臨界の同軸噴流でも，気液二相流と同様に，液枝に相当する尾根状の分布が存在すること，大規模擾乱の成長とともに尾根が伸長し，最終的に分裂をすることで，同軸噴流が混合していく様子を明らかにした．

本年度の研究成果は以下の通りである．(1)数値解析による遷臨界・超臨界流体の解析：遷臨界圧/超臨界圧の条件下における高密度比の接触面の１次元移流問題についてEnergy-based（EB:完全保存形）およびPressure-based（PB:圧力発展方程式を用いた準保存形）の支配方程式を用いるハイブリッド法の構築をおこなった．また，圧力発展方程式とは別に，同様の条件下でも解析可能なDouble-Flux法(DF)も構築を行い，EB法とのハイブリッド法についても新規に開発した．極低温窒素の1次元移流問題（5 MPa, 高温側は300 K, 低温側は100 K，移流速度は100 m/s）について解析を行い，上記の2種類のハイブリッド法は非物理的な振動を抑えて高密度比の接触面を安定に捉えることができた．また，極低温の水素/酸素の1次元移流問題（10 MPa, 水素側は150 K, 酸素側は100 K，移流速度は200 m/s）も行い，上記の2種類のハイブリッド法は接触面を安定に捉えることができた．また，接触面にはPBもしくはDFが使用されており，それ以外の領域についてはEBが使用されていることも確認できた．(2)実験解析：超臨界同軸噴流の混合機構を理解するために，極低温超臨界噴流における大規模擾乱の光学計測を行った．噴流を2方向から高速度カメラでバックライト撮影して，剪断層部分の輝度分布から，剪断層を直線（エッジ）ではなく，分布（斜面形状）として抽出した．分布（斜面形状）を時間的に追跡することで，超臨界の同軸噴流でも，気液二相流と同様に，液枝に相当する尾根状の分布が存在すること，大規模擾乱の成長とともに尾根が伸長し，最終的に分裂をすることで，同軸噴流が混合していく様子を明らかにした．