2017 Fiscal Year Annual Research Report
混相流超音波トモグラフィ法の開発による溶融鉛ビスマス二相流の流動計測とモデル化
| Project/Area Number |
17H03175
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
村川 英樹 神戸大学, 工学研究科, 助教 (40467668)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齊藤 泰司 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (40283684)
杉本 勝美 神戸大学, 先端融合研究環, 助教 (40420468)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 流体計測 / 超音波 / ボイド分布 / 二相流 / 液体金属 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
超音波混相流トモグラフィ計測システムの開発を行うことを本年度の主な目的とし、計測システムの構築およびCTによるボイド率分布再構成法の構築を行った。二相流の過渡的なボイド分布を計測するためには、一断面の計測に使用する超音波センサを、可能な限り少なくする必要がある。本研究では、8個程度のセンサを使用しての再構成を目指し、8チャンネルにおいて超音波の送受信が独立に制御可能なパルサ・レシーバを特注し、計測システムの構築を行った。超音波の送受信は、各チャンネル毎に独立して制御可能であり、複数チャンネルのセンサを用いて同時に送受信することも可能である。より複雑な制御を行う場合は、外部トリガの制御によって可能なものとし、最適な超音波送受信のタイミング制御について検討を行った。
超音波CTを実現するためには、広角な超音波を送受信する必要がある。そこで120度程度の角度および厚さ5mm程度の超音波が送受信可能なセンサを試作した。音圧分布を計測することで、これらの仕様が満たされており、CT計測に使用可能であることを確認した。
CT再構成によるボイド分布計測は、まず円断面での実現を目指す。更に、二相流の気液両相の速度についてドップラ法を用いて計測するためには、センサを配管に対して斜めに設置する必要がある。すなわち計測断面が楕円となる。そこで、楕円面における再構成法を検討するため、円および楕円に対して超音波センサを放射状に設置した形状において超音波伝播解析を実施した。得られた伝播波形を基に透過法および反射法を用いたボイド分布再構成法の検討を実施し、気泡数密度の低い条件において、計測が可能であることを確認した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の課題としては、複数の超音波センサからの送受信を実現するための計測システムの構築および、計測に適したセンサを試作し、その計測可能性を評価することであった。試作したセンサにおいて、音圧分布を評価することで計測が実現可能であることが確認でき、構築システムの妥当性が確認できた。構築したシステムによる計測結果を評価するため、基礎実験装置を用いた水‐空気による検証準備を進めている。更に、高温条件での計測を実現するためのセンサ仕様について評価を進めており、当初の予定通りに研究が進捗している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
前年度に構築した超音波CTシステムを用い、平面上のボイド率分布の再構成手法を検討する。超音波の反射および透過において、周波数依存性を考慮することで気泡サイズ・位置の取得法を確立する。これを、ボイド分布計測の検証が容易な水‐空気二相流において高速度カメラと同期計測を行い、その計測精度について検証する。各超音波センサによる送受信タイミングを自由に制御するため、外部トリガ制御システムを構築し、任意のタイミングでのデータ取得を実現する。
高温対応型の超音波センサでは、常温仕様に比べ信号ノイズ比が低下する。そこで基礎試験装置にGdInSnを用いることで、常温の液体金属二相流において、システム適用性の検証を実施する。この際、酸化物が超音波の反射体となることが期待されるが、反射体数密度が少ない条件ではドップラ法による計測に不確かさが大きくなる。そこで、ドップラ周波数の位相評価による不確定速度データの除去により、計測精度向上をはかる。次に、150℃までの耐熱性を有する超音波センサを試作する。分担者・齊藤の研究室にて、ラジオグラフィの共同利用設備として供することが可能な液体金属用ループを改造し、開発したシステムおよび中性子・X線ラジオグラフィとの同時計測が可能なループに改良する。本ループにおいて150℃程度の温度条件において液体金属の流速分布計測を実施し、センサ感度の評価を行う。特にセンサ表面の素材に関して、液体金属との濡れ性を向上するため、無電解メッキ等による表面処理を検討する。これらの試験が順調に実施できた場合は、200℃程度まで耐熱性を向上させたセンサを試作し、より高温の溶融鉛ビスマスにおける計測を実現するため、センサ感度および信号ノイズ比の評価を行う。
|
