超臨界圧推進剤の混合過程の解明及び噴射器形状による混合促進効果に関する研究

超临界推进剂混合过程阐明及喷射器形状促进混合效果研究

• 批准号: 09J09534
• 负责人: 谷 洋海
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J09534/
• 关键词: 超臨界圧; 極低温推進剤; 同軸噴流; 乱流混合; 混合促進; 液体ロケットエンジン; 同軸型噴射器; Direct numerical simulation; Large Eddy Simulation

高推力液体ロケットエンジンの燃焼室は推進剤の熱力学的臨界圧を超えて作動することが多い。本研究の目的は、そのような超臨界圧雰囲気中へ噴射される推進剤噴流の混合過程と、混合過程に対して噴射器出口形状が及ぼす影響を解明することである。これらの目的のため数値解析と超臨界圧噴射実験を実施した。数値解析では、超臨界圧下の乱流混合層のDNS(Direct numerical simulation)解析を行い、推進剤混合の基礎をなす乱流混合現象の特徴を調査した。その結果、超臨界圧下の乱流混合メカニズムは単相流に近いことがわかった。次に、DNS解析結果を基に、超臨界圧下の乱流混合層に適用可能な乱流モデルを提案した。続いて、この乱流モデルを用い、超臨界圧下の噴流をRANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)解析で調査した。その結果、超臨界圧下の噴流の温度分布に、特有な熱力学的物性の影響が現れ、単相流の非等温噴流とは異なることがわかった。次に噴射器出口形状の影響を調査するために、亜臨界圧下で混合促進効果があるリセスの影響をRANS解析により調査した。その結果、超臨界圧下ではリセスによる混合促進効果は必ずしも期待できないことがわかった。噴射実験は数値解析結果の検証を目的に行った。超臨界圧下の噴流の特有な温度分布を確認するために、熱電対を用いて噴流の温度分布を測定した。その結果、数値解析と同様の温度分布の特徴を確認した。次にリセスの効果を調べるために、高速度カメラを用いて可視化を行った。その結果、水を用いた亜臨界圧下の試験では混合促進効果が認められたが、超臨界圧下では促進効果は観察されなかった。以上より、超臨界圧下の推進剤噴射を考える場合には、単純に亜臨界圧下の知見を利用するのでなく、超臨界圧下独自の噴射試験や数値解析による確認が必要であることがわかった。

The critical pressure of the <s:1> propellant <e:1> in the high-thrust liquid ロケットエ ジ ジ <e:1> <e:1> <s:1> combustion 焼 chamber <s:1> thermodynamics を superえ て action する する とが とが more えて. は の purpose, this study そ の よ う な supercritical 圧 雰 囲 気 へ injection in さ れ る propulsion tonic jets の と mixing process and mixing process に し seaborne て injector exit shape が and ぼ す influence を interpret す る こ と で あ る. <s:1> れら れら objective ため numerical value analysis と supercritical pressure injection experiment を implementation <s:1> た. numerical value analysis で で, Direct numerical simulation analysis of <s:1> turbulence mixing layer <e:1> DNS under supercritical pressure を row, propellant mixing <s:1> basic をなす turbulence mixing phenomenon <s:1> characteristics を investigation <s:1> た た. The そ そ result is that under supercritical pressure, the <s:1> turbulence mixes with the メカニズム 単 単 単 phase flow に and is close to the <s:1> とがわ とがわ った った った った った った. The に, DNS resolution result を base に, supercritical pressure <s:1> turbulence mixed layer に applicable to possible な turbulence モデ を を proposal た た. Youdaoplaceholder0 続 て, <s:1> turbulence モデ を を を using <s:1> and supercritical pressure <s:1> jet をRANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) analysis で investigation た た. そ の result, supercritical 圧 の jets の temperature distribution characteristic な に, thermodynamic property の affect が れ, 単 phase flow の non-isothermal jet と は different な る こ と が わ か っ た. Time に injector exit shape の を survey す る た め に, 亜 で mixed promote working under critical 圧 fruit が あ る リ セ ス の influence を RANS parsing に よ り survey し た. The results of the そ <s:1> results, the effect of the supercritical pressure で で リセスによる リセスによる リセスによる mixing promotion, で is bound to ず <s:1> <s:1>, で is expected to be で な な とがわ とがわ とがわ とがわ った. The numerical analysis result of the jet experiment <s:1> 検 certifies を purpose に line った. Under supercritical pressure, the unique な temperature distribution を of the <s:1> jet <e:1> is confirmed to be するために, and the thermoelectric pair を is measured by the <s:1> て jet <e:1> temperature distribution を to determine the <s:1> た. Youdaoplaceholder0 results, numerical value analysis と the same <s:1> temperature distribution <e:1> characteristics を confirmation た た. The にリセス にリセス effect of を key べるために, high-speed カメラを visualizes を lines った with て て. そ の results, water を い た 亜 under critical 圧 の test で は mixed promote unseen fruit が recognize め ら れ た が, under supercritical 圧 で は promote unseen fruit は 観 examine さ れ な か っ た. Above よ り, and push the tonic jet under supercritical 圧 の を exam え る occasions に は, 単 pure に 亜 の knowledge under the critical 圧 を using す る の で な く, under supercritical 圧 の injection test alone や the numerical analytical に よ る confirm が necessary で あ る こ と が わ か っ た.

项目成果

超臨界圧雰囲気中の乱流混合層の数値解析

超临界压力气氛中湍流混合层的数值分析

• 发表时间: 2010
• 作者: Hideaki Komiyama;Tomokazu Iyoda;Kaori Kamata;込山英秋;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;込山英秋;込山英秋;谷洋海;谷洋海
• 通讯作者: 谷洋海

Effects of Injector Geometry on Cryogenic Coaxial Jets at Supercritical Pressures

喷射器几何形状对超临界压力低温同轴射流的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: Hideaki Komiyama;Tomokazu Iyoda;Kaori Kamata;込山英秋;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;込山英秋;込山英秋;谷洋海;谷洋海;谷洋海;谷洋海;谷洋海;谷洋海;谷洋海
• 通讯作者: 谷洋海

超臨界圧同軸噴流に対するリセスの効果に関する実験及び数値解析

凹槽对超临界压力同轴射流影响的实验与数值分析

• 发表时间: 2011
• 作者: Hideaki Komiyama;Tomokazu Iyoda;Kaori Kamata;込山英秋;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;込山英秋;込山英秋;谷洋海
• 通讯作者: 谷洋海

超臨界圧下における乱流混合層の数値解析

超临界压力下湍流混合层的数值分析

• 发表时间: 2010
• 作者: Hideaki Komiyama;Tomokazu Iyoda;Kaori Kamata;込山英秋;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;込山英秋;込山英秋;谷洋海;谷洋海;谷洋海;谷洋海;谷洋海
• 通讯作者: 谷洋海

Injector Geometry Effects on Cryogenic Coaxial Jets at Supercritical Pressures

喷射器几何形状对超临界压力低温同轴射流的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: Hideaki Komiyama;Tomokazu Iyoda;Kaori Kamata;込山英秋;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;Hideaki Komiyama;込山英秋;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;Hideki Komiyama;込山英秋;込山英秋;谷洋海;谷洋海;谷洋海
• 通讯作者: 谷洋海