hypergolic phenomena based on innovative thermo-fluid analysis considering detailed reaction mechanism in liquid phase

基于考虑液相详细反应机制的创新热流体分析的自热现象

• 批准号: 22H01725
• 负责人: 伊里 友一朗
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01725/
• 关键词: 化学推進; 化学反応; 自着火; 液相反応; 詳細反応モデル; 量子化学計算; 詳細反応モデリング

本研究の目的は，第一原理から構築された液相の詳細化学反応機構(素反応・その速度定数・化学種全ての熱力学データのモデリング技術を含む)と数値流体シミュレーションをカップリングさせた反応性熱流体解析に関する学術基盤を確立し，化学/物理現象が複雑に相互作用する高速過渡的現象である宇宙機用推進剤の自着火現象を本質的に理解し，その能動的制御を達成することである．2022年度には、従来の量子力学/連続誘電体モデル(QM/PCM)法に基づいたヒドラジン/四酸化二窒素混合系の詳細反応機構に拡散過程を取り込んだ詳細反応モデルを構築することができた。当該モデルを用いて自着火反応をシミュレーションしたところ、打撃感度が高い爆発性の中間体が生成することがわかり、この中間体生成が衝撃波を伴うような激しい着火現象の原因の一つとして考えられた。これまで理論的課題があったQM/PCM法を利用した溶液中化学種に関する熱力学データ推算についても理論を見直し、計算精度向上を達成した。これはQM/PCM法の枠組みを利用することで、これまで不可能であった溶液中化学種のエントロピーを高精度に推算する方法であり、これを詳細反応モデリングへ適用することができれば液相反応シミュレーション精度を大きく向上させられることが期待できる。加えて粒子法を用いたヒドラジン/四酸化二窒素の液滴/プール衝突混合に関するシミュレーションを試行し、同系の液滴/プール衝突実験に関する高速度撮影結果と比較することで、衝突挙動をよく模擬できることを見出した。

The purpose of this study is to construct a detailed chemical reaction mechanism for liquid phase reaction based on first principles. The theoretical basis for the analysis of reactive thermal fluids is established, and the phenomena of high speed transition between chemical and physical phenomena are understood. In 2022, the quantum mechanics/electromagnetism (QM/PCM) method was used to construct the detailed reaction mechanism of the mixed system of basic and secondary elements, and the dispersion process was selected. When the shock wave is used, the intermediate with high explosion sensitivity is generated. The intermediate is generated. The shock wave is accompanied by excitation. The reason for the fire phenomenon is investigated. The QM/PCM method is used to calculate the thermodynamic properties of chemical species in solutions. The QM/PCM method can be used to calculate the chemical species in solution with high accuracy. The QM/PCM method can be used to calculate the chemical species in solution with high accuracy. The results of high velocity imaging of droplet/drop conflict mixing with additive particle method are compared with those of high velocity imaging of droplet/drop conflict mixing with additive particle method.