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Fundamental study for prediction of instantaneous gas-liquid phenomenon in a molten metal bath using acoustic signals

Research Project

Project/Area Number 21K04757
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
Research InstitutionSetsunan University

Principal Investigator

Ueda Yoshiaki  摂南大学, 理工学部, 准教授 (00599342)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 井口 学  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 客員教授 (00043993)
加藤 健司  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10177438)
脇本 辰郎  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10254385)
中嶋 智也  大阪公立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (80207787)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords鉄鋼精錬プロセス
Outline of Research at the Start

鉄鋼プロセスに見られる急激な気液界面現象は,反応速度促進による効率化や,不純物の除去を目的としたガスインジェクション法において,省エネルギー化,高品質化に多大な影響を与える.しかしながら,反応容器内部の流体は高温かつ不透明であることから,反応容器内部の状態を直接観測することは困難である.本研究は,気液界面の変形によって生成されるマイクロバブルの径によって放出される音のスペクトルが異なるという知見に基づき,反応容器内部の高温かつ不透明な流体中で起こるメゾスケールな気液界面現象を,そのときに発せられる放射音を利用して浴外から音響学的に把握するための技術方策を探るものである.

Outline of Final Research Achievements

This study has investigated the technical feasibility for understanding instantaneous gas-liquid interfacial phenomena in the gas injection method based on acoustic signals produced during the process. In particular, it is elucidated that the characteristics of the sound produced by the collapse of elongated cavity behind poorly wetted particles entering a bath. Furthermore, we clarified the formulation of the boundary conditions in a vortex particle method based on the Brinkman penalization method that is suitable for the computation of moving boundary problems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

鉄鋼プロセスにおけるガスインジェクション法では,溶銑は高温かつ不透明であることから,浴内部の流動を把握することは非常に困難である.本研究では,溶銑内に不活性ガスと共に吹込まれる脱硫剤等の粒子群の浴内分散挙動と化学反応促進に関係する,粒子群背後に形成されるキャビティが崩壊するときに発せられる放射音に着目し,その音響信号から粒子の浴内分散挙動を診断する手法の可能性を探ろうとするものである.この手法の構築は,直接計測が困難な高温金属材料プロセス分野において過渡的な気液界面状態を非接触・非視認で把握するための技術として資するところは大であると考えている.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Asymptotic analysis of hydrodynamic forces in a Brinkman penalization method: case of an initial flow around an impulsively started rotating and translating circular cylinder2024

    • Author(s)
      Y. Ueda, T. Kida
    • Journal Title

      Journal of Fluid Mechanics

      Volume: 988

    • DOI

      10.1017/jfm.2024.420

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] スラグーメタル界面に接触したメタル滴の動的挙動2023

    • Author(s)
      南智彦, 加藤健司, 脇本辰郎, 植田芳昭, 井口学
    • Journal Title

      日本実験力学会論文集

      Volume: 23 Pages: 56-63

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 回転する撥水性円柱が水没するときの 運動挙動に及ぼす濡れ性の影響 - 回転円柱の運動方程式に基づく一考察 -2023

    • Author(s)
      植田芳昭, 脇本辰郎, 加藤健司, 井口学
    • Journal Title

      日本実験力学会論文集

      Volume: 23 Pages: 51-55

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of underwater sound produced by a hydrophobic sphere entering water2021

    • Author(s)
      Ueda Y.、Iguchi M.
    • Journal Title

      Journal of Visualization

      Volume: 25 Issue: 3 Pages: 443-447

    • DOI

      10.1007/s12650-021-00811-w

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Asymptotic analysis of initial flow around an impulsively started circular cylinder using a Brinkman penalization method2021

    • Author(s)
      Ueda Y.、Kida T.
    • Journal Title

      Journal of Fluid Mechanics

      Volume: 929

    • DOI

      10.1017/jfm.2021.869

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Static and dynamic surface tension of molten eutectic solder under various oxygen concentrations2021

    • Author(s)
      Tatsuro Wakimoto, Kokichi Abe, Kenji Katoh, Yoshiaki Ueda, Manabu Iguchi
    • Journal Title

      Advanced Experimental Mechanics

      Volume: 6 Pages: 21-26

    • NAID

      130008127476

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Dynamic surface tension of molten solder in oxidative environment2023

    • Author(s)
      T. Wakimoto, K. Katoh, Y. Ueda, M. Iguchi
    • Organizer
      Proc. The 11th International Conference on Multiphase Flow
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 撥水球が水没するときに発する放射音の計測とその発音メカニズムに関する一考察2023

    • Author(s)
      植田芳昭
    • Organizer
      日本実験力学会 サステナブル・エンジニアリング分科会研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Measurement of sound due to a hydrophobic steel sphere entering water2022

    • Author(s)
      H. Mizuno, Y. Ueda, T. Wakimoto, K. Katoh, M. Iguchi
    • Organizer
      International Workshop on Advanced Experimental Mechanics for Students and Young Researches 2022 (IWAEM'22)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 水没する撥水球によって発せられる放射音について2022

    • Author(s)
      植田芳昭
    • Organizer
      日本実験力学会 サステナブル・エンジニアリング分科会研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Thermal Effect on Sound Emission Due to Water Entry of a Hydrophobic Sphere2021

    • Author(s)
      Yoshiaki UEDA, Hiroaki OHASHI, Tomoya NAKAJIMA, Manabu IGUCHI
    • Organizer
      Proc. 16th International Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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