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，我们利用去年的实验结果来阐明沸腾氢气的流动特性。关于空隙率的测量方法，我们致力于阐明去年发现的温度漂移问题，开发了使用多个电极板的空隙率计，并将其应用于实际机器。 (1) 阐明沸腾氢的流动特性在这项研究中，我们致力于阐明和建立模型：(1) 空隙率与质量之间的关系，(2) 流动模式转变特性，以及 (3) 沸腾传热特征。对于①，我们通过与现有模型的比较，推导了一个可以应用于氢气沸腾的模型。使用这些模型，通过测量的空隙率之间的差异来评估将热平衡质量转换为空隙率的结果，并且表明转换是可能的，差异约为4.0%。对于②，关于气泡流与间歇流、间歇流与环状流之间的过渡条件，气泡流能够存在的条件由作用于气泡的剪切力和浮力之间的平衡来确定，并且条件液滴可以存在的环形流是由气流阻力和重力之间的平衡确定的。使用新提出的模型，我们表明这次获得的实验点的实验值和预测值的匹配度约为 97%。针对③，我们构建了考虑流体和传热面材质的饱和核沸腾传热系数的估计模型，以及将液体单相平滑地连接到液体单相的过冷沸腾传热系数的估计模型。饱和核沸腾区。使用这些模型表明，可以预测沸腾氢的传热系数，中心值为-3.8%，标准偏差为23%。 (2) 电容式孔隙率计的开发去年的实验表明，随着传感器温度的变化，无论实际孔隙率波动如何，都会出现温度漂移，输出值波动。针对这个问题，我们评估了传感器组件的机械和电气特性的温度依赖性，并致力于减少温度漂移问题。此外，通过扩展先前的研究成果，我们开发了使用多个电极板的电容空隙率，并将其应用于主火箭发动机的地面燃烧测试，并证明了其实用性。

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）

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：
影响因子：
2.1
作者：
Sakamoto Yuki;Peveroni Laura;Kobayashi Hiroaki;Sato Tetsuya;Steelant Johan;Buchlin Jean
通讯作者：
Buchlin Jean

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 Yuki
通讯作者：
Sakamoto Yuki

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 Yuki
通讯作者：
Sakamoto Yuki

Void fraction measurement in cryogenic flows. Part I: Design and validation of a void fraction capacitive sensor

低温流中的空隙率测量。

DOI：
10.1016/j.cryogenics.2018.07.004
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
2.1
作者：
Sakamoto Yuki;Peveroni Laura;Kobayashi Hiroaki;Sato Tetsuya;Steelant Johan;Vetrano Maria Rosaria
通讯作者：
Vetrano Maria Rosaria

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