極低温気液二相流の流動特性に関する研究

低温气液两相流流动特性研究

基本信息

批准号：
17J01920
负责人：
坂本勇樹
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は昨年度に実施した実験結果を用いて，沸騰水素の流動特性の解明に取り組んだ．またボイド率測定手法について，昨年度に明らかとなった温度ドリフト問題の解明と，複数極板を用いたボイド率計の開発および実機適用に取り組んだ．(1)沸騰水素の流動特性の解明本研究では①ボイド率とクオリティの関係，②流動様式遷移特性，③沸騰熱伝達特性の解明とモデル構築に取り組んだ．①については，既存モデルとの比較から沸騰水素に適用が可能なモデルを導出した．これらのモデルを用いて熱平衡クオリティからボイド率へ換算した結果を計測したボイド率との差で評価し，約4.0%の差で相互に換算可能であることを示した．②については気泡流と間欠流，間欠流と環状流の遷移条件について，それぞれ気泡流が存在しうる条件を気泡にかかる剪断力と浮力のバランスから，環状流が存在しうる条件を液滴にかかる気流からの抗力と重力のバランスから導出した．新たに提案するモデルを用いて，今回取得した実験点の約97%で実験値と予測値が一致することを示した．③については，流体と伝熱面の材質を考慮した飽和核沸騰熱伝達率の推算モデルと，液単相から飽和核沸騰領域までを滑らかに結ぶサブクール沸騰熱伝達率の推算モデルを構築した．これらのモデルを用いて，沸騰水素の熱伝達率を中心値-3.8%，標準偏差23%で予測可能であることを示した．(2)静電容量型ボイド率計の開発昨年度の実験結果から，センサー温度の変化に伴い，実際のボイド率変動によらずに出力値が変動する温度ドリフトが生ずることが明らかとなった．本問題についてセンサー構成部品の機械的物性と電気的物性の温度依存性をそれぞれ評価し，温度ドリフト問題の低減に取り組んだ．また，これまでの研究成果を発展させて，複数極板を用いた静電容量型ボイド率を開発し，基幹ロケット用エンジンの地上燃焼試験に適用し，その有用性を実証した．

今年，我们使用去年进行的实验结果来阐明沸腾的氢的流量特征。关于空隙率测量方法，我们还致力于阐明去年揭示的温度漂移问题，并使用多个板子开发了一个空隙率计，并应用了实际设备。（1）沸腾氢的流动特征的深奥研究集中于1）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）2作 2页中2）2）2 ）2作又本其中2 2）2 ）2作作本本家2） 2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）22作作本其中2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）22作作本其中2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）22作作本其中2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2）2 ）22作中其中的模型，我们可以从与现有模型进行比较中应用于沸腾的氢。使用这些模型，根据测得的空隙比之间的差异评估了从热平衡质量到空隙比的转化结果，并表明大约4.0％的差异可以相互转化。关于②，对于气泡流量和间歇性流量之间的过渡条件，间歇性流量和环形流动，可以存在气泡流动的条件是从施加到气泡的剪切力和浮力的平衡中得出的，并且可以从空气流施加到液滴的平衡中存在环形流量的条件。使用新提出的模型，我们表明实验值和预测值大约在这次获得的实验点的97％匹配。关于③，我们已经构建了一个模型，用于考虑到流体和传热面的材料，并考虑了亚冷沸腾热传递速率的估计模型，该模型将液体单相连接到饱和的核沸腾区域。使用这些模型，我们表明可以以-3.8％的中心值和23％的标准偏差预测沸腾氢的传热系数。（2）去年的实验结果的电容性空隙比计的发展表明，温度漂移发生在这种情况下，由于传感器温度的变化，输出值波动而没有实际更改空隙率。关于这个问题，我们评估了传感器组件的机械和电气性能的温度依赖性，并致力于减少温度漂移问题。此外，通过制定先前的研究结果，我们使用多个电极板开发了一个电容效应比，并应用于核心火箭发动机的地面燃烧测试，证明了其有用性。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Investigation of Flow Boiling Phenomena for Hydrogen in a Horizontal Tube.

水平管中氢气流动沸腾现象的研究。

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakamoto;Y.;Sato;T.;Kobayashi;H.;Kinefuchi;K.;Sugimori;D.;Higashi;K. and Nagao;N;Sakamoto Yuki
通讯作者：
Sakamoto Yuki

Void fraction measurement in cryogenic flows. Part II: Void fraction capacitive sensor performances in chilldown experiments

低温流中的空隙率测量。

DOI：
10.1016/j.cryogenics.2018.10.002
发表时间：
2018
期刊：
Cryogenics
影响因子：
2.1
作者：
Sakamoto Yuki;Peveroni Laura;Kobayashi Hiroaki;Sato Tetsuya;Steelant Johan;Buchlin Jean-Marie
通讯作者：
Buchlin Jean-Marie

極低温流体用静電容量型ボイド率計の開発

低温流体电容式空隙率计的研制

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakamoto;Y.;Sato;T.;Kobayashi;H.;Kinefuchi;K.;Sugimori;D.;Higashi;K. and Nagao;N;Sakamoto Yuki;Sakamoto Yuki;Sakamoto Yuki;坂本勇樹
通讯作者：
坂本勇樹

Thermal fluid characteristics of boiling hydrogen in a horizontal circular pipe flow

水平圆管流动中沸腾氢气的热流体特性

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakamoto;Y.;Kobayashi;H.;Naruo;Y.;Takesaki;Y.;Tane;S.;Minote;K.;Nakajima;Y.;Furuichi;A.;Tsujimura;H;Kabayama;K. and Sato;T.
通讯作者：
T.

Development of a Capacitive Void Fraction Sensor to Mount on a Space Propulsion System for a Ground Firing Test.

开发安装在空间推进系统上进行地面发射测试的电容式空隙率传感器。

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakamoto;Y.;Sato;T.;Kobayashi;H.;Kinefuchi;K.;Sugimori;D.;Higashi;K. and Nagao;N;Sakamoto Yuki;Sakamoto Yuki
通讯作者：
Sakamoto Yuki