2018 Fiscal Year Research-status Report
超音波を用いた液体金属気液二相流のボイド率分布と二次元速度場解析法の確立
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17KK0115
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
村川 英樹 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467668)
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| Project Period (FY) |
2018 – 2020
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| Keywords | 流体計測 / 超音波 / ボイド分布 / 二相流 / 液体金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波トモグラフィシステム及び広角超音波センサを使用し、50mm程度の配管を対象として瞬時ボイド分布および速度場を計測可能とすることを目的として研究を行った。基課題において構築した超音波トモグラフィ計測システムにおいて、瞬時ボイド分布計測に適したアルゴリズムの検討を行った。一断面の取得に要する時間分解能を向上させるためには、超音波の送受信に使用するセンサ数可能な限り少なくする必要がある。本研究では8個の超音波センサを用い、一断面の取得に要する時間分解能として1ミリ秒を達成し、500フレーム毎秒によって連続的に断面計測を可能とした。全センサから得られた波形を対して、透過法および反射法に基づくボイド分布再構成法を構築した。流路内に気泡を模擬した金属棒を設置し、最適な再構成手法について検討した。全てのセンサによって計測した反射波形を、その強度に基づき重ね合わせる手法を導入することで、同一断面に3個程度の気泡が存在する条件において、ボイド分布を良好に計測できる見込みを得た。
水を満たした円筒容器に4個の気泡注入用ノズルを設置し、それぞれのノズルからアルゴンガスを水に注入した。各ノズルは独立して流量制御が可能であり、様々な条件における気泡流を計測可能とした。これらの条件において、超音波トモグラフィおよび高速度カメラによる同時計測を実施した。容器上部に超音波センサを設置し、パルスドップラ法を用いて気泡速度を別途計測した。時系列の断面ボイド分布を、平均気泡上昇速度を用いて等価距離に疑似的に換算すること、気泡流動の三次元画像を取得した。高速度カメラとの比較により、計測の妥当性について評価を行い、気泡流動の評価が可能であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
水‐アルゴン二相流において、気泡流の三次元流動評価が可能であることを示しており、予定通り進捗している。現在、水－アルゴン二相流と同じ気相流量条件において、常温で液体金属であるGdInSnを用いた液体金属二相流での計測を進めている。GdInSn二相流におけるボイド分布再構築手法および速度評価手法について検討を行っており、当初の予定通りに研究が進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
GdInSnを用いた液体金属二相流において超音波トモグラフィ計測を実施し、構築したシステムの液体金属二相流への適用性について評価する。時間の経過に伴い生成された酸化物がGdInSnに混在する。この酸化物はパルスドップラ法による速度評価のための反射体となるものの、トモグラフィ計測では超音波の減衰が増加する要因となり、水－アルゴン二相流に比べて断面ボイド率分布の計測が困難となる傾向が確認されている。そこで、超音波の送受信における最適なパラメータの検討に加え、再構成手法アルゴリズムの改良を行い、液体金属二相流の流動評価手法の確立を行う。さらに実際の液体金属への適用例として，溶融鉛ビスマス（LBE）二相流を対象とした流動計測を実施する。これには、中性子ラジオグラフィを併用することで、多面的な流動評価へとつなげる。
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