Investigation of unsteady dynamics and modeling of LCH4/LOx rocket engine combustion

LCH4/LOx 火箭发动机燃烧的非定常动力学研究和建模

基本信息

批准号：
21H01528
负责人：
中谷辰爾
金额：
$ 11.4万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度は，亜臨界状態における微粒化特性に着目して実験を実施した．ピントル型インジェクタにおいて，スリット型およびスポーク型のインジェクタに対して，水を推進剤として噴射し，影写真法を用いて噴霧角の広がりを調べた．推進剤の全体運動量比の増大により，スリットタイプのインジェクタにおいて噴霧角が広がる傾向が示された．一方でスポークタイプの場合，広がり角の変化がスリット型と比較して小さかった．同時にウェーバー数を変化させて噴霧の分布を計測した．その結果，全体運動量比を1.0程度で固定した場合，ウェーバー数が大きくなるにつれて噴霧が均一化する結果が得られている．同時にレーザー干渉画像法を用いた液滴径分布の測定を行った．スポークタイプにおいては，全体運動量比の増大に伴いザウター平均粒径が大きくなるが，スリットタイプの場合は大きな相関はなかった．一方で，全体運動量比を1.0程度で固定した場合ウェーバー数の増大により，ザウター平均粒径が小さくなった．これらの影響を考慮し，燃焼試験を実施した場合のC*効率を調べた．全体当量比が全体運動量比1.18付近にピークがあるのに加え，ウェーバー数が増大するにつれてC*効率は下がる傾向が示された．大気圧のメタン/空気を用いたバーナー試験により，OH*化学発光のスペクトルに対して分光器を用いて測定を行った．火炎温度を変化させることで，スペクトルの変化を求めた．温度の変化および反応帯近傍において，これらのスペクトルが大きく変化することがわかった．また，メタン/LOxを推進剤とするピントル型噴射器を用いたロケットエンジンモデル燃焼器内の燃焼挙動の数値解析において，本年度はRK-PR実在気体方程式を用いた熱物性値評価アルゴリズムの構築を行った．上記の状態方程式を組み込んだ数値計算結果は，超臨界環境におけるメタンおよび酸素の熱物性値の文献値と概ね良い一致を示した．

今年，我们进行了一项实验，重点是亚临界状态的细颗粒特征。在喷油器类型的喷油器中，将水作为推进剂喷洒到缝隙型和辐条型喷油器，并使用阴影摄影方法检查了喷雾角的扩散。提高推进的总体运动比率增加，表明喇叭角在狭缝类型的注射器中加宽。另一方面，在辐条类型的情况下，扩展角度小于缝隙类型。同时，通过更改韦伯的数量来测量喷雾的分布。结果，当总体运动比率固定在约1.0时，随着韦伯的数量增加，喷雾的结果是均匀的。同时，使用激光干涉图像方法测量液体直径分布。在辐条类型中，由于总体运动比率的增加，平均剧院的平均粒径增加了，但狭缝类型没有重大相关性。另一方面，当总体运动比率固定为约1.0时，Webers数量的增加减少了平均剧院粒度。考虑到这些影响，在进行燃烧测试时检查了C效率。除了总当量比率约为1.18左右的峰值外，随着韦伯的数量增加，C效率也降低了。使用甲烷/气压空气使用燃烧器测试，使用燃烧器测试对OH*化学发射光谱进行测量。通过改变火焰温度，频谱发生了变化。发现这些物种在温度变化和反应带附近发生了显着变化。此外，在使用甲烷/LOX用作推进剂的火箭发动机模型燃烧中燃烧行为的数值分析数量中，今年，使用RK-PR使用RK-PR实际构建热价值评估算法的构建建造了气体方程。数值计算结果包含上述状态方程，表明甲烷和氧气在超级野性环境中的热特性的文献价值通常是团结的。