2020 Fiscal Year Research-status Report
超音波によるスラリーの相変化熱流動センシングと音響相図の学理構築
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19K04226
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| Research Institution | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
義岡 秀晃 石川工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80259845)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
経田 僚昭 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50579729)
八賀 正司 公立小松大学, 保健医療学部, 教授 (80123305)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 計測 / 融解凝固 / 蓄熱 / 超音波 / 状態図 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、相変化スラリーの熱流動が基本となる潜熱蓄熱、材料製造、輸血ライン管理等の応用技術の高度最適化を目指し、物質系の液固相変化（異相率、界面成長速度、各相の状態量等）と流動（速度）を超音波による音速情報に基づき“視える化”することを目的とするものである。研究の初年度では、流動のない静的な場を対象に、超音波送受信回路を含む音速計測システムと融解凝固の実験装置を組み上げ、実験によって塩化ナトリウム水溶液における氷スラリーの相変化と超音波挙動との連関について明らかとした。研究の2年目となる本年度は、引き続き、低温度域の相変化材である氷スラリーを対象に超音波による流動計測に着手するともに、合金などの高温融体を対象にした調査を開始した。本年度で得られた主な成果を以下に記す。
(1) 低温蓄熱材として有望なエタノール水溶液を試料とし、氷スラリーを連続生成して輸送するための装置を組み上げ、超音波による流速の測定実験を行なった。流動場においても超音波の送受信号が観測され、その信号の往復時間差による分析から速度の判定が可能であることが示された。しかしながら比較的低速の速度域において計測の信頼性を向上するためには、時間分解能の観点からより高精度の測定装置が必要であることが明らかとなった。
(2) Bi-Sn系合金の相変化現象について、亜共晶と過共晶からなる広い組成域に対する音速変化の全容が明らかとされた。亜亜共晶側と過共晶側の現象における音速a、温度T、濃度Cの多変数依存性が、液相線や固相線の関係とともに示され、最終的には音速-温度-濃度の３D相平衡状態図が新規作成された。
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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
計画通り、氷スラリーを生成して流動させる実験に着手することができ、流速による超音波の送受信号の時間差を確認することができた。また、材料製造や高温蓄熱への応用を目指した高温融体の相変化状態計測への超音波技術の適用についても、本システムの有効性を確認することができ、従来にはない合金系の音速ー温度ー濃度3D相平衡状態図(Y-K-H diagram）を創作することができた。
以上、本研究課題の(1)広い温度域での音速計測システムの構築、(2)音速変化を伴う凝固・融解現象の全容解明、(3)音響相図の学理構築は概ね達成されており、(4)熱移動と流動の同時計測は、現時点において試行が終わり、現象の確認の段階にある。
以上のような理由から、本年度の達成度をおおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、低温域相変化材として氷スラリーを用いた実験を進めるとともに、超音波によるスラリーの流速計測システムのブラッシュアップを図る。また、ダイナミック型蓄熱技術への応用に向けて、管内のスラリー流動に伴う熱輸送の問題へと発展させる。さらに、中温域（生活温度域）の相変化材として注目されるエリスリトール水溶液や、より高温のAl基合金に対する調査に着手し，本研究が提案する熱流動計測システムの幅広い温度域での活用を推し進める。
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| Causes of Carryover |
スラリーの流動計測実験において、超音波波形の時間分解能ならびに圧力損失等の評価に対する見直しが必要になったため、センサーや測定装置を再検討し、システムを改良するための予算として次年度に繰り越した。
翌年度以降に請求する研究費と合わせた使用計画としては、上記経費のほか、引き続き実験を行うための試料・材料費、各種センサ、成果発表のために使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
