二相流衝撃波を利用したエジェクタサイクルの効率改善に関する基礎的研究

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平成27年度は，「エジェクタ混合部内流れの流動特性の解明」を行うために，まず，エジェクタ混合部流れのように二相流と気相流がともに流れる場中に生じる膨張波の挙動を気液相間の運動量及び熱の輸送現象を考慮した数値解析から基礎的に調べた．解析結果から，気相流が亜音速状態となる入口条件では、気液相間での緩和過程が平衡～中間状態である場合において、領域中に膨張波が定在することが明らかとなった．これは，気相流中で生じた疑似的な先細ノズル効果と気液相間での緩和現象が働いたためであると考えられる．本解析結果は国内学会にて発表済みであり，論文掲載も完了している．またもう一つのテーマである「エネルギー損失を抑えた圧縮課程を持つ二相流衝撃波の構築方法の確立」においては弱い斜め衝撃波の形成が必要不可欠であるが，二相流の弱い斜め衝撃波の特性が不明瞭である．そこで，本研究では先細末広ノズルの末広部中に傾斜壁を取り付けたノズルを用いて，炭酸ガス冷媒を作動流体とした間欠放出実験にて圧力計及び熱電対による衝撃波前後の圧力変化の測定を行った．実験では衝撃波が発生する測定部以外の圧力変化が傾斜壁を持たないノズルの実験結果と一致したことや、壁面とノズル中央での圧力変化の違いなどから、実験から得られた圧力上昇は、背後が亜音速となる強い衝撃波ではなく、超音速のままとなる弱い斜め衝撃波であったと考えられる．また，これら実験結果に対し，前述の解析に相変化を考慮した数値解析を行ったところ，液滴径を3ミクロン程度とすることで計算領域内の圧力分布と実験結果が類似する傾向を示した．本実験結果は，すでに国際会議にて発表済みであり，平成28年度に論文投稿予定である．これらの研究成果を踏まえ，今後，エジェクタ混合部を模擬した形状での実験及び解析を実施し，混合部内にて生じる衝撃波及び膨張波の挙動について調査を行う予定である．