気液二相流の各相流量の同時測定のための電源自立型IoT流量計の開発
| Project/Area Number |
21K03852
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
内山 知実 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (90193911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高牟禮 光太郎 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (80847335)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 気液二相流 / タービン流量計 / 電源自立型 |
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| Outline of Research at the Start |
気液二相流の気液を分離することなく，各相の流量を同時に測定できる流量計を開発する．その実装性と運用性を高めるため，自己発電機能とインターネットとの無線通信機能を付与する．タービン流量計，水力発電，IoT，機械学習の知見を総動員した研究である．ロータ回転数を測定し，その時間変化の特徴量（尖度，歪度，標準偏差，平均値）をニューラルネットワークに入力して各相流量を測定（同定）する，新奇な電源自立型のIoT流量計である．
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| Outline of Annual Research Achievements |
気体と液体が混在して相互作用を及ぼし合いながら流れる常温常圧の気液二相流を対象として，気相と液相に分離することなく，各相の流量を同時に高精度で測定できる方法を開発した．タービン流量計を適用する新奇の方法である．４枚の羽根をもつロータが二相流で回転する．このロータ回転数は，既存の回転計で容易に測定でき，計測値をNとする．またタービン流量計の上流と下流の円管に圧力センサを接続して各位置の圧力を測定し，その差をΔptpとする．本研究では，NとΔptpにより，二相流全体の流量Qtpおよび気相流量の割合である気相体積流量比βが一意に定まることを発見した．つまり，N，Δpおよびβの関係を予めデータベースとして把握しておけば，NとΔptpの測定を通してβの値を測定（同定）できることなる．一方，QtpはNと一対一の関係にあることも見出した．以上より，NとΔptpの値を測定すれば，Qtpとβの値が判り，これらの値から気液各相の流量が計算される．NとΔptpには時間平均値を用いたが，時間平均のための計測時間を変化させた．また，圧力測定位置も上流側および下流側に変化させた．その結果，フルスケール精度は，Qtpが3.1 %，βが4.8 %，気相流量が3.9%，液相流量が3%であった．これらの精度は，既存の測定方法の値とほぼ同じあるいは高いことを確認できた．この研究成果は，国際ジャーナルsensorsに掲載された．
当初の目的は，NおよびΔptpの時間変化の尖り度など，流量と密接に関係する統計的変数を発見し，ニューラルネットワークを援用することで流量を同定する方法を創出することであった．しかし，今年度の成果は，この目標の大部分を補完し，達成するものであった．また，自己創出した電力でインターネットとの無線通信を可能とし，流量データをサーバにアップロードするIoT装置の開発も目指したが，実現しなかった．
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Report
(3 results)
Research Products
(2 results)
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[Presentation] Simultaneous Measurement of Volumetric Flowrates of Each Phase of Gas-Liquid Two-Phase Flow by a Self-Powered IoT Turbine Flowmeter,2022
Author(s)
Miyamoto, S., Sakamoto, Y., Horie, K., Uchiyama, T., Takamure, K., Nakayama, H.
Organizer
19th International Conference on Flow Dynamics (ICFD202)
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Int'l Joint Research
