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Development of measuring void fraction distribution and two-dimensional velocity fields of gas-liquid two-phase flow in liquid-metal using ultrasonic techniques

Research Project

Project/Area Number 17KK0115
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

Murakawa Hideki  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467668)

Project Period (FY) 2018 – 2022
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
Keywords液体金属 / 気泡 / ボイド分布 / 速度分布 / 超音波トモグラフィ / 超音波パルスドップラ法 / 流体計測 / 超音波 / 気泡鎖 / 二相流
Outline of Final Research Achievements

To clarify the transient changes in two-phase flow in opaque liquid metal, measurement methods for void distribution and velocity distributions by using ultrasonic tomography and pulse Doppler methods were developed. Using the system, the bubbles' behavior and rising velocity of single chain bubbles at a constant bubble generation frequency in a gallium alloy were investigated. The test section was a pipe with an inner diameter of 50 mm, and the volume-equivalent bubble diameter was about 8.5 mm. The effects of bubble generation frequency and the horizontal magnetic field strength on the flow behavior were evaluated. Bubbles ascended with oscillation motion without a magnetic field. However, the oscillation motion was suppressed under the influence of the magnetic field resulting in the concentration of the bubble's passage position at the measurement cross-section. Furthermore, the bubbles' rising velocity changed with the magnetic field strength.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高発熱密度の冷却において、液体金属の利用は有効な手段の一つである。しかしながら流体が不透明であることから、液体金属中の二相流動の実験的評価は多くの課題がある。本研究では、液体金属中において気泡分布と速度情報を取得可能な超音波計測技術を確立した。さらに、これらの手法が磁場を印加した条件においても有効であることを示した。これにより、気液密度比や表面張力が従来の流体と大きく異なる液体金属において、気泡の合体や分裂、さらには磁場印加による影響といった複雑な二相流の解明に貢献し、安全解析に必要とされる構成方程式の精度向上に寄与するものである。

Report

(6 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(ドイツ)2018

    • Year and Date
      2018-08-30
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Evaluation of Behavior of Continuous Bubbles Rising in a Gallium Alloy under Influence of Horizontal Magnetic Field by Using a High-speed Ultrasonic Tomography2023

    • Author(s)
      村川 英樹,前田 紗奈
    • Journal Title

      JAPANESE JOURNAL OF MULTIPHASE FLOW

      Volume: 37 Issue: 1 Pages: 21-28

    • DOI

      10.3811/jjmf.2023.T003

    • ISSN
      0914-2843, 1881-5790
    • Year and Date
      2023-03-15
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Development of a high-speed ultrasonic tomography system for measurements of rising bubbles in a horizontal cross-section2021

    • Author(s)
      Hideki Murakawa, Tomoyuki Shimizu, Sven Eckert
    • Journal Title

      Measurement

      Volume: 182 Pages: 109654-109654

    • DOI

      10.1016/j.measurement.2021.109654

    • NAID

      120007143595

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超音波トモグラフィ法を用いた気泡挙動計測手法の開発2023

    • Author(s)
      久保 雄大,前田 紗奈,村川 英樹,杉本 勝美
    • Organizer
      日本機械学会関西支部2022年度関西学生会卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Behavior of single bubble chain in gallium eutectic alloy under influence of transverse magnetic field2022

    • Author(s)
      Hideki Murakawa, Xin Fu, Kazushi Adachi
    • Organizer
      2022 Japan-U.S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Behavior of bubble chain in gallium eutectic alloy under influence of transverse magnetic field2022

    • Author(s)
      Hideki Murakawa, Xin Fu, Kazushi Adachi
    • Organizer
      1st European-American-Japanese Two-Phase Flow Group Meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurements of continuously released bubbles motion in liquid metal using ultrasonic techniques2021

    • Author(s)
      Hideki Murakawa, Tomonori Shimizu
    • Organizer
      13th International Symposium on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Engineering
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超音波トモグラフィを用いたガリウム合金中を上昇する連続気泡の流動評価2021

    • Author(s)
      Fu Xin,清水 知之,村川 英樹,杉本 勝美
    • Organizer
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 超音波トモグラフィによる液体金属中の気泡流動の可視化2020

    • Author(s)
      村川 英樹,清水 知之,Sven ECKERT
    • Organizer
      第48回可視化情報シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 高速超音波トモグラフィ手法を用いた気泡流の三次元ボイド分布計測2020

    • Author(s)
      清水 知之,村川 英樹,Sven ECKERT
    • Organizer
      日本機械学会 第98期流体工学部門講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 超音波による気泡流動の評価手法に関する研究2020

    • Author(s)
      池田 隆太郎,清水 知之,村川 英樹,杉本 勝美
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会 2019年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Development of an ultrasonic tomography for measuring void distribution in liquid-metal bubble column2019

    • Author(s)
      Hideki Murakawa, Sven Eckert
    • Organizer
      11th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flows
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超音波トモグラフィによる気泡流のボイド分布計測法の開発2019

    • Author(s)
      村川 英樹,清水 知之,Sven Eckert
    • Organizer
      第47回可視化情報シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 超音波トモグラフィによる気泡流の瞬時ボイド分布計測法の開発2019

    • Author(s)
      清水 知之, 村川 英樹, 杉本 勝美, 浅野 等, Sven Eckert
    • Organizer
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 反射法を用いた超音波トモグラフィによる気泡流のボイド分布計測2019

    • Author(s)
      清水 知之、秋月 大二郎、村川 英樹、杉本 勝美、浅野 等
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会平成30年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 広角超音波センサを用いた気液二相流のボイド分布計測法の検討2018

    • Author(s)
      秋月 大二郎、村川 英樹、杉本 勝美、浅野 等
    • Organizer
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2018
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 反射法を用いた超音波トモグラフィによる気液二相流のボイド分布計測法の開発2018

    • Author(s)
      秋月 大二郎、清水 知之、村川 英樹、杉本 勝美、浅野 等
    • Organizer
      日本機械学会 第96期流体工学部門講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Remarks] 神戸大学大学院工学研究科 機械工学専攻 エネルギー変換工学研究分野(MH-3)

    • URL

      https://www.lab.kobe-u.ac.jp/eng-mh3/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 神戸大学大学院工学研究科 機械工学専攻 エネルギー変換工学研究分野(MH-3)

    • URL

      https://www.lab.kobe-u.ac.jp/eng-mh3/index.html

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 神戸大学大学院工学研究科 機械工学専攻 エネルギー変換工学研究分野(MH-3)

    • URL

      http://www.lab.kobe-u.ac.jp/eng-mh3/index.html

    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2018-01-25   Modified: 2025-01-30  

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