| Project/Area Number |
22K18898
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Abe Yoshiaki 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40785010)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 真吾 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40760301)
安達 正芳 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90598913)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ガスジェット浮遊法 / 熱物性計測 / 数値流体力学 / ガス浮遊法 / 高温熱物性 / 溶融金属 / 表面張力 / 浮遊測定法 / ガス浮遊 / 計算計測融合 |
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| Outline of Research at the Start |
溶融体（1000℃以上の溶融した金属等）の熱物性（粘性等）は，鋳造・3Dプリンタ等の高温プロセスの支配因子であり，高精度な測定技術が求められる．しかし，溶融体は高温かつ高反応性で容器に格納した測定が難しい．そこでガスジェットにより溶融体を浮遊させ振動特性から熱物性を算出する手法が提案されている．しかし，その計測安定化や溶融体変形に伴う精度低下の検証は限定的である．本研究では，実験計測が困難な溶融体内外の流体数値モデルを構築し，実験計測で取得可能な溶融体の振動特性と同化を行う．これにより，浮遊が安定化する条件を予測し，溶融体の変形が物性推算精度に及ぼす影響も定量的に評価可能となることを目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
We conducted a numerical investigation of the behavior of compressible flow around a floating molten metal and its dynamic stability. To do this, we employed deformation analysis using the particle method to develop a multiphysics numerical model that integrates both aspects. As an experiment to compare and integrate the numerical analysis mentioned above, we investigated the effect of the deviation from a spherical shape on the accuracy of property estimation with molten copper sulfide. A new correction method was proposed to account for the influence of gas flow and melt deformation, in contrast to the conventional thermophysical property prediction method that assumes a spherical shape.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では溶融体の浮遊計測に関するデジタルツインを構築出来たことが大きな成果であり，世界的に初めての事例と考えられる．実際の実験値を用いたリアルタイムのデータ同化解析やより高度な数値モデルの実現には今後も継続的に研究を展開させていく必要があるものの，本研究で構築できた表面張力係数の予測修正法を含めた数値モデルは溶融体の浮遊実験に限定されるものではなく，金属や酸化物の高温溶融体とガス流れの干渉に関する様々な系への展開が期待される.
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