超臨界圧高密度比流れに対するエネルギー/圧力発展ハイブリッド法

摘要

液体ロケットエンジンは，高い推進効率を得るために推進剤の臨界圧力を超えるような高い燃焼圧力に設定する．燃焼室内部では，数100 Kの水素と臨界温度を下回る100 K程度の極低温酸素が超臨界圧力下で噴射，混合，燃焼して推力を得る．しかし，このような極低温かつ高圧という極限環境下での実験は困難であり，計測による定量的なデータは少なく，実験による流れ場の理解は十分ではない．したがって，数値解析により液体ロケットエンジン推進剤の混合?燃焼現象について調査が行われている．超臨界圧力下の流体は，表面張力や潜熱により気相と液相の区別がなくなり，その結果，密度の異なる気体同士の混合のような乱流混合が支配的となる．また，Fig. 1に示すように，熱力学特性（p-V-T関係）は理想気体と大きく異なり非線形性が強く，液体的な低温領域と気体的な高温領域との間では，僅かな温度変化で密度は大きく変化する．