第 7 章 ルトビーク管内流れに及ぼす非平衡凝縮の影響 140
7.5 まとめ
先細末広円弧ノズルを有する下流膜方式ルトビーク管内の流れ場で生ずる均一，および非均一凝縮 について数値計算を行った．得られた結果を要約すると以下のとおりである.
(1) 均一凝縮が生ずる場合
1.本計算手法は，ルトビーク管内で生ずる非定常凝縮衝撃波をほぼ正確に再現することができ，流 れ場の定性的な傾向を得るのに非常に有効である．
2.ノズル入口より上流側における凝縮核と液相の発生の有無および圧力変動の有無の観点から，管 内で生ずる凝縮を伴う流れ場は，ノズル入口より上流側で凝縮が生じない場合と生ずる場合，お よびその過渡的状態の3つに分類できる．
3.ノズル入口より上流側で凝縮が生じない場合，高圧室の初期状態における相対湿度の僅かな変化 が全圧損失に大きな影響を与える．
4.ノズル入口より上流側で凝縮が生ずる場合のノズル内の液相の増加開始点における水蒸気圧力と 温度は，ノズルスロート高さの増加とともに飽和蒸気圧曲線に近づく．
5.ノズル入口より上流側で凝縮が生ずる場合，全圧損失はノズルスロート高さの増加とともに小さ くなる．
6.高圧室の初期相対湿度の増加に伴い，始動衝撃波の上流における流れの全圧損失は増加する．
(2) 非均一凝縮が生ずる場合
1.ノズル内で均一凝縮による流れ場の周期的な振動が生ずる場合，ノズル入口より上流側で非均一 凝縮が生ずることにより，流れ場の振動の発生を完全に抑制することができる．
2.ノズル入口より上流側で非均一凝縮が生ずる場合，ノズル入口より上流側から始動衝撃波までの 圧力や液相の質量比などの分布は均一凝縮が生ずる場合の分布とほぼ同様となる．
3.高圧室の初期相対湿度の増加に伴い，始動衝撃波の上流における流れの全圧損失は増加する．
4.非均一凝縮が生ずる場合の流れの全圧損失は，均一凝縮が生ずる場合より小さくなる．
(a) Computational grids (Unit : mm)
(b) Boundary conditions Fig. 7.1 Computational domain
(1)t= 0µs
(2)t= 100 µs
(3)t= 200 µs
(4)t= 350 µs
(a) Experiment(28) (p41= 3,φ4 = 42 %, φ03= 124 %, T4= 302 K, f = 2.86 kHz)
(1)t= 0 µs
(2)t= 100µs
(3)t= 210µs
(4)t= 320µs
(b) Calculation (p41= 3, φ4= 42 %, φ03= 107 %, T4= 302 K,f = 2.77 kHz) Fig. 7.2 Comparisons between experimental and calculatedflowfields (h∗/H= 0.316)
Fig. 7.3 Frequencies of self-excitedflow oscillation at nozzle throat (h∗/H= 0.316)
Fig. 7.4 Pressure time histories at positions upstream of nozzle throat (h∗/H = 0.316)
(a) φ4 = 30 % (φ03= 78.5 %)
(b) φ4 = 35 % (φ03= 91.1 %) (c)φ4 = 80 % (φ03= 198 %) Fig. 7.5 Pressure wave diagram for Ludwieg tube (h∗/H= 0.316)
(a) Condensate mass fraction (b) Nucleation rate
Fig. 7.6 Distributions of condensation properties (h∗/H = 0.316,φ4= 30 %, φ03= 78.5 %)
(a) Condensate mass fraction (b) Nucleation rate
Fig. 7.7 Distributions of condensation properties (h∗/H = 0.316,φ4= 80 %, φ03= 198 %)
(a) Relationships between p03/p4 and φ4
(b) Relationships between p0c/p4 and φ4
Fig. 7.8 Effects ofφ4 onp03/p4 andp0c/p03 (h∗/H= 0.316)
Fig. 7.9 Contour maps of density gradient (φ4= 80 %)
(a) Pressure wave diagram (b) Time histories of static pressure and condensate mass fraction
Fig. 7.10 Pressure wave diagram and time histories of static pressure and condensate mass fraction (h∗/H= 0.711,φ4= 20 %)
(a) Pressure wave diagram (b) Time histories of static pressure and condensate mass fraction
Fig. 7.11 Pressure wave diagram and time histories of static pressure and condensate mass fraction (h∗/H= 0.711,φ4= 40 %)
(a) Pressure wave diagram (b) Time histories of static pressure and condensate mass fraction
Fig. 7.12 Pressure wave diagram and time histories of static pressure and condensate mass fraction (h∗/H= 0.711,φ4= 80 %)
(a) Nucleation rate (b) Condensate mass fraction
Fig. 7.13 Distributions of condensate mass fraction and nucleation rate (h∗/H = 0.711,φ4= 20 %)
(a) Nucleation rate (b) Condensate mass fraction
Fig. 7.14 Distributions of condensate mass fraction and nucleation rate (h∗/H = 0.711,φ4= 40 %)
(a) Nucleation rate (b) Condensate mass fraction
Fig. 7.15 Distributions of condensate mass fraction and nucleation rate (h∗/H = 0.711,φ4= 80 %)
Fig. 7.16 pv-T diagram (h∗/H= 0.711)
Fig. 7.17 Relationships betweenp0c/p03andh∗/H
(a) Static pressure
(b) Condensate mass fraction (c) Nucleation rate
Fig. 7.18 Variations of condensation properties (h∗/H= 0.711,φ4= 20 %,nhet,4= 1.0×1015 m−3)
(a) Static pressure
(b) Condensate mass fraction (c) Nucleation rate
Fig. 7.19 Variations of condensation properties (h∗/H= 0.711,φ4= 80 %,nhet,4= 1.0×1015 m−3)
(a) Contour map of density gradient
(b) Distributions offlow properties
Fig. 7.20 Contour map of density gradient and distributions offlow properties (h∗/H = 0.711, φ4= 20 %, Homogeneous condensation)
(a) Contour map of density gradient
(b) Distributions offlow properties
Fig. 7.21 Contour map of density gradient and distributions offlow properties (h∗/H = 0.711, φ4= 20 %,nhet,4= 1.0×1015m−3)
(a) Contour map of density gradient
(b) Distributions offlow properties
Fig. 7.22 Contour map of density gradient and distributions offlow properties (h∗/H = 0.711, φ4= 80 %, Homogeneous condensation)
(a) Contour map of density gradient
(b) Distributions offlow properties
Fig. 7.23 Contour map of density gradient and distributions offlow properties (h∗/H = 0.711, φ4= 80 %,nhet,4= 1.0×1015m−3)
(a)φ4 = 20 %
(b)φ4= 80 %
Fig. 7.24 pv-T diagram (h∗/H= 0.711)
Fig. 7.25 Relationships betweenp0c/p03andφ4 (h∗/H = 0.711)