宇宙機燃焼室壁の熱拡散特性時間を考慮したパルス冷却によるヒートソークバックの抑制

考虑航天器燃烧室壁热扩散特性时间的脉冲冷却抑制回热

• 批准号: 21J15164
• 负责人: 佐古 憲孝
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15164/
• 关键词: フィルム冷却; 高温壁面冷却; パルス噴射; 逆問題解析; パルス噴射冷却; 核沸騰; 液滴飛散; 高速度拡大撮影

本研究は，宇宙機に搭載する二液式スラスタにおけるフィルム冷却を対象に，高温壁面に対して冷却液を単発噴射およびパルス噴射した際の非定常な冷却特性を予測できる液膜形成モデルの構築，ならびに冷却流量に対する冷却性能を最大化する噴射制御方法の確立を目的としている．本年度は，昨年度おこなった単発噴射冷却試験の結果を踏まえて，パルス周期当たりの噴射量一定のもと，噴射流量とデューティー比（噴射時間）を変更するパルス噴射冷却試験を実施した．パルス冷却試験においては，冷却液の噴射を停止する無冷却期間が存在し，この期間の壁面の温度回復が再噴射時の液膜挙動に影響を与え，冷却性能（液膜による抜熱量）に強く影響すると考えられる．そのため本年度の研究では，温度回復の特性時間（熱拡散特性時間）が異なる二つの材質の金属板を冷却壁として採用し，同じ噴射条件のもと冷却試験を行うことで，パルス冷却性能に対する壁の熱物性の影響を調査した．その結果，熱拡散率が小さく噴射停止期間での温度回復が比較的小さい金属板では，同じ噴射量でも連続噴射に比べて冷却性能が向上することを見出した．他方，熱拡散率が大きい金属板では，噴射停止期間の温度回復の影響により連続噴射に比べて冷却性能が単調的に低下することがわかった．これらの結果は，当該分野の雑誌に投稿し採択されている．

The purpose of this study is to establish an injection control method for predicting the unsteady cooling characteristics of a two-fluid jet coolant system mounted on a spacecraft at a high temperature wall surface and maximizing the cooling performance of a two-fluid jet coolant system at a high cooling flow rate. This year, compared with the previous year, the results of the spray cooling test were improved, and the spray cycle time was fixed, the spray flow rate was changed, and the spray cooling test was carried out. During the cooling test period, the cooling liquid injection stops, and the temperature recovery of the wall surface during the cooling liquid injection stops. This year's study investigated the effect of temperature recovery characteristic time (thermal dissipation characteristic time) on the thermal properties of cooling walls made of different materials and different spray conditions. As a result, the thermal dissipation rate is small, and the temperature recovery during the injection stop period is relatively small. The metal plate has the same injection amount, and the cooling performance of the continuous injection is relatively high. On the other hand, the heat dissipation rate is high in the metal plate, and the influence of temperature recovery during the injection stop period is low in the continuous injection cooling performance. The result of this study is that when the division is divided into two parts, the author will submit the paper to the public.

项目成果

液噴流の繰り返しパルス噴射が形成する液膜による加熱壁面の冷却

通过重复脉冲喷射液体射流形成的液膜来冷却加热的壁表面

• 发表时间: 2021
• 作者: Noritaka Sako;Jun Hayashi;Chihiro Inoue;Hiroshi Kawanabe;Yu Daimon;野田航平，佐古憲孝，林 潤，大門 優，川那辺洋
• 通讯作者: 野田航平，佐古憲孝，林 潤，大門 優，川那辺洋

Heat Transfer Characteristics of Liquid Film Formed on a Superheated Wall during Pulsed Injection of Liquid Jet

• DOI: 10.2514/6.2023-0512
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: AIAA SCITECH 2023 Forum
• 作者: N. Sako;K. Noda;J. Hayashi;Y. Daimon;H. Kawanabe

Liquid film and heat transfer characteristics during superheated wall cooling via pulsed injection of a liquid jet

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.123934
• 发表时间: 2023-05
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: N. Sako;K. Noda;J. Hayashi;Y. Daimon;H. Kawanabe

Boiling induced atomization appeared in the liquid film by wall impinging jet on the superheated wall

过热壁面冲击射流在液膜中出现沸腾诱导雾化

• 发表时间: 2021
• 作者: Noritaka Sako;Jun Hayashi;Chihiro Inoue;Hiroshi Kawanabe;Yu Daimon
• 通讯作者: Yu Daimon

液膜に生じる核沸騰起因の気泡破裂および微粒化

液膜中核沸腾引起的气泡破裂和雾化

• 发表时间: 2021
• 作者: Noritaka Sako;Jun Hayashi;Chihiro Inoue;Hiroshi Kawanabe;Yu Daimon;野田航平，佐古憲孝，林 潤，大門 優，川那辺洋;佐古憲孝，林 潤，井上智博，川那辺洋，大門 優
• 通讯作者: 佐古憲孝，林 潤，井上智博，川那辺洋，大門 優