単独翼まわりの常温水および極低温流体に対する多重プロセス型キャビテーションモデルの適用

摘要

大型の液体ロケットでは，極低温流体である液体水素と液体酸素が主たる推進剤として使用されている．ロケットエンジンターボポンプにおけるインデューサの吸込特性は，極低温流体の熱力学的効果により，常温水での吸込特性と比べて優れていることが知られている．熱力学的効果は，キャビティ界面を介した潜熱移動に起因し，気泡周囲の流体温度が低下することで，キャビティの収縮をもたらす現象である．極低温キャビテーション時のインデューサの吸引性能や安定性を予測するためには熱力学的効果による温度変化を考慮する必要があるが，CFDはそのための最も強力なツールの一つとして位置づけられる．以上の点を踏まえて，本稿では，キャビテーションにおける様々な素過程を考慮できるように我々が構築および改良してきている「多重プロセス型キャビテーションモデル」の適用妥当性を，単独翼まわりの常温水に加えて，極低温流体に対しても検討した．具体的には，常温水に対してはNACA0015翼まわりで計算をおこない，その結果を実験値ならびに既存のキャビテーションモデルによる先行研究と比較した．また，極低温流体に対しては，NACA16-012翼まわりの液体窒素のCFD計算により，翼面温度分布を計測した実験との比較をおこなった．