【研究領域課題番号】19H02349 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ロケット / 航空宇宙工学 / 流体工学 / 熱工学 / 水素 / 超臨界流体 / 航空宇宙

【研究成果の概要】

高圧条件下での超臨界燃焼流体に対する熱力学的特性・流体力学的特性を明らかにするために，多成分流体解析及び実験を実施した．多成分流体解析については，エネルギー方程式と圧力発展方程式の両方を解くハイブリッド法を開発した．そして酸水素移流問題及び水素雰囲気中に噴出する酸素噴流に対して，数値的な不安定性を改善して解析することが可能となった．粗い計算格子では，エネルギー方程式では断熱混合，圧力発展方程式では等積混合の解に近いことが示された．実験については，極低温窒素噴流に対してバックライト法，PIV及びBOSを用い，断面内速度分布や噴流中心軸に対する非定常変動モードの定量的な計測が可能になった．

【研究の社会的意義】

ロケットエンジンやガスタービンエンジンの高圧な流動現象を明らかにするために数値解析及び実験を行った．数値解析では計算が安定にできるように改良し，実現象をより明確に把握することが可能になり，将来的にはより効率的なエンジンの設計に適用できることが期待される．また，数値解析単独では検証が不十分であることから，検証にも必要な定量的な実験データを取得することができた．そして新たな物理現象の存在を明らかにした．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】15H04202 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ロケット / 航空宇宙工学 / 流体工学 / 熱工学 / 水素 / 超臨界流体 / 燃焼

【研究成果の概要】

高圧条件下での超臨界燃焼流体に対する熱力学的特性・流体力学的特性を明らかにするために，(1)単成分流体解析(2)多成分流体解析(3)実験 を実施した．単成分流体解析では，ILES/RANS hybrid法を用いて同軸の極低温超臨界窒素噴流を解析し，平均内側噴流長さについて過去の実験や数値計算との比較により妥当な結果を得ることができた．多成分流体解析については，エネルギー方程式と圧力発展方程式の両方を解くハイブリッド法を開発し，圧力振動を抑制することが可能となった．実験については，冷却チャネル内を流れる超臨界・亜臨界条件下の極低温窒素流について可視化画像や温度分布などを取得した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】23360380 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ロケット / 宇宙工学 / 流体工学 / 熱工学 / 超臨界流体 / 水素 / 航空宇宙工学

【研究成果の概要】

高圧条件下での超臨界燃焼流体に対する熱力学的特性・流体力学的特性を明らかにするために，(1)RANS解析(2)LES解析(3)実験 を実施した．RANS解析では，単軸の極低温超臨界窒素噴流の密度分布について実験結果と比較し，妥当な結果が得られることを確認した．さらに，多化学種の質量保存式を含む流体対応の前処理法を開発し，非定常な低速酸水素剪断流における剪断層の不安定現象を捉えることに成功した．LES解析については，遷臨界混合層において擬臨界温度が乱流渦構造に与える影響は小さかった．実験については，極低温遷臨界窒素噴流における中心軸上の温度勾配は，擬臨界温度付近で緩やかになる傾向が見られた．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)