2021 Fiscal Year Annual Research 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 | 融解凝固 / 計測 / 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、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。研究の最終年度となる本年度では、塩化ナトリウム水溶液、エタノール水溶液の低温蓄熱用のアイススラリー、ならびにBi-Snの二元合金系の相変化プロセスを対象とした超音波挙動の調査結果を踏まえ、超音波音速と相変化プロセスとの連関について明らかにするとともに、広い温度域に対応可能なリアルタイム高精度状態量計測法を実現させた。主な成果を以下に示す。
潜熱蓄熱技術と関連した水溶液スラリーの相変化過程において、液相域・Mushy域・固相域の各領域における音速変化が特徴づけられた。特に、エタノール水溶液の場合には、液相域における音速―温度線図上の等濃度線の傾きがある一定の濃度で符号反転すること、またマッシュ域においては温度と音速の平衡状態を規定する液相線の傾きが負の値となることなど、温度―音速線図上での平衡関係を示す境界の形状的特徴が、溶液を構成する成分や物性との関係のもとで明らかとされた。さらに、音速によるIce Packing Factor計測の精度的な優位性が示された。
材料製造技術と関連した合金系においては、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、熱と物質の輸送現象を伴う合金の相変化プロセスと関連づけて明らかとされた。その結果、実際の鋳造等の非平衡材料プロセスで起こる生成物のミクロ偏析が即時的な音速情報によって判定できることが示された。
最終的には複合成分系の融解凝固における相平衡状態を、音速、温度、濃度の３変数で規定する新しい相平衡状態図（音響相図）が創成された。
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Research Products
(3 results)
