ロケット燃焼器を想定した定量的レーザー計測の確立による極限環境現象の解明

通过假设火箭燃烧室建立定量激光测量来阐明极端环境现象

• 批准号: 21J12839
• 负责人: 樋口 靖浩
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tohoku 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/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12839/
• 关键词: 高圧燃焼; レーザー計測; OH-PLIF; 定量計測; ロケット燃焼; OH濃度; OH平面レーザー誘起蛍光; 拡散火炎

ロケットエンジン内部の燃焼現象を可視化する計測技術の高度化およびその燃焼現象の解明が本研究の目的である． OH-平面レーザー誘起蛍光(OH-PLIF)計測は火炎の断面を撮影する手法として利用されてきたが，ロケット燃焼特有の高圧高温・推進剤が超臨界流体となる条件への適用は困難であった．本研究は，OH(2,0)励起手法の開発に取組み，最大5.0 MPaのガス水素／ガス酸素(GH2/GO2)ロケット燃焼おいて計測のSignal-to-noise ratio (S/N)を改善し，鮮明なOH-PLIF画像の取得に成功した．取得された火炎の断面像を用いて，圧力・噴射レイノルズ数条件に対する反応帯の依存性を明らかにした．しかし，実機に近いガス水素／液体酸素(GH2/LOX)燃焼では，LOXによって入射レーザー光が散乱されるため，S/Nが著しく低下した．計測手法の高度化に取組み，GH2/LOX燃焼ではOH(2,0)励起OH(2,2)蛍光計測が適当であることを明らかにした．同手法は，強烈なノイズとして干渉するレーザーのミー散乱光(263 nm付近)や液体酸素のラマン散乱光(274 nm付近)と比べ，波長域が大きく離れたOH(2,2)バンド蛍光(320 nm)のスペクトルを撮影することが特徴である．OH(2,0)励起OH(2,2)蛍光計測手法を最大7.0 MPaのGH2/LOX燃焼に適用した結果，S/Nが良好なOH-PLIF画像の取得に成功した．申請者の知る限り，最大7.0 MPaのGH2/LOX燃焼の火炎断面を取得した前例はなく，本研究で提案した手法は燃焼現象の解明に資すると考えられる．また，高圧高温燃焼に対する定量的なLIF計測の取組みでは，最大3 MPaのGH2/GO2ロケット燃焼に対して，OH(2,0)励起双方向LIF計測を行うことでOH濃度を推定し，数値計算との比較を行った．

这项研究的目的是测量技术的复杂性，该技术可视化火箭发动机内部的燃烧现象以及阐明其燃烧现象。 OH-Plaze激光诱导的荧光（OH-PLIF）测量已被用作拍摄火焰的横截面的一种方法，但是很难应用于高压和高温和高温和推进的条件。燃烧。这项研究正在研究OH（2,0）激发方法的开发，并提高了气体氢/气氧（GH2/GO2）的信噪比（S/N），最大为5.0 MPa。并成功获得了清晰的OH-Plif图像。使用获得的火焰横截面图像，揭示了反应带对压力和注射雷诺的依赖性。但是，在气体氢/液体氧（GH2/LOX）燃烧中，S/N由于LOX散射而显着降低。我们研究了测量方法的进步，表明OH（2,0）激发OH（2,2）荧光测量适用于GH2/LOX燃烧。该方法是OH（2,2），与激光散射光（接近263 nm）和液体氧拉曼散射光（接近274 nm）相比，其波长较大，而其特征是320 nm。频谱已采取。 OH（2,0）激发OH（2,2）适用于7.0 MPa GH2/LOX燃烧，S/N成功地获取具有良好S/N的OH-Plif图像。据申请人所知，没有先例可以获取GH2/LOX燃烧的火焰横截面，最高为7.0 MPa，并且本研究中提出的方法被认为有助于阐明燃烧现象。此外，在高压高温度燃烧的定量LIF测量工作中，OH（2,0）激发的GH2/GO2 ROCKET燃烧的两道LIF测量值估计为3 MPa，估计OH浓度是估计的和数值的进行了与计算的比较。

项目成果

OH(2,0) 励起を用いた1次元定常火炎のOH濃度計測

使用 OH(2,0) 激发测量一维稳定火焰中的 OH 浓度

• 发表时间: 2021
• 作者: Yamaguchi Mina;Ishii Akihiro;Oikawa Itaru;Yamazaki Yusuke;Imura Masaaki;Takamura Hitoshi;樋口靖浩，布目佳央，富岡定毅，富田健夫，工藤琢，早川晃弘，小林秀昭
• 通讯作者: 樋口靖浩，布目佳央，富岡定毅，富田健夫，工藤琢，早川晃弘，小林秀昭

気液混相ロケット燃焼に対するOH(2,0)バンド励起PLIF計測に関する研究

气液混相火箭燃烧OH(2,0)带激发PLIF测量研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Tanaka Satoru;Ishii Akihiro;Yamaguchi Mina;Oikawa Itaru;Yamazaki Yusuke;Imura Masaaki;Takamura Hitoshi;樋口靖浩，布目佳央，高田仁志，工藤琢，早川晃弘，小林秀昭
• 通讯作者: 樋口靖浩，布目佳央，高田仁志，工藤琢，早川晃弘，小林秀昭

OH Concentration Measurement Using Bi-directional OH(2,0) LIF on Flat Flames

使用双向 OH(2,0) LIF 在平焰上测量 OH 浓度

• 发表时间: 2021
• 作者: Yasuhiro Higuchi;Yoshio Nunome;Sadatake Tomioka;Tomita Takeo;Taku Kudo;Akihiro Hayakawa;Hideaki Kobayashi
• 通讯作者: Hideaki Kobayashi

Quantitative OH Concentration Measurement on Calibration Flat Flame Using Bi-directional OH(2,0) LIF

使用双向 OH(2,0) LIF 对校准平焰进行定量 OH 浓度测量

• 发表时间: 2021
• 作者: Yasuhiro Higuchi;Yoshio Nunome;Sadatake Tomioka;Tomita Takeo;Taku Kudo;Akihiro Hayakawa;Hideaki Kobayashi
• 通讯作者: Hideaki Kobayashi

Quantitative OH concentration measurement using OH(2,0) band bi-directional LIF method for high-pressure and high-temperature symmetrical flames

采用 OH(2,0) 带双向 LIF 法对高压高温对称火焰进行 OH 浓度定量测量

• DOI: 10.1299/jtst.22-00216
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Thermal Science and Technology
• 影响因子: 1.2
• 作者: Yasuhiro Higuchi;Yoshio Nunome;Satoshi Takada;Ryoma Yoshikawa;Taku Kudo;Akihiro Hayakawa;Hideaki Kobayashi
• 通讯作者: Hideaki Kobayashi