Thermo-hydrodynamic state measurement of phase change slurry by ultrasonic waves: Theory of acoustic phase diagram

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04226
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Ishikawa National College of Technology
• Principal Investigator: Yoshioka Hideaki 石川工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80259845)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 融解凝固 / 計測 / 蓄熱 / 材料製造 / 超音波 / 相平衡状態図

Outline of Final Research Achievements

We pursued a method to "visualize" the phase change process and flow velocity of the slurry based on the sound velocity information by ultrasonic waves in the aim to advance industrial technologies such as latent heat storage and casting. Experiments were conducted using aqueous solutions of sodium chloride, aqueous solutions of ethanol, and a binary alloys of Bi-Sn system. We clarified the relationship between the ultrasonic sound velocity and the phase change process, and created a real-time high-precision state measurement system that can handle a wide temperature range.

Free Research Field

熱工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

熱エネルギー有効利用のための蓄熱技術において、本研究によるスラリー熱流動の音速計測システムは熱媒体の内部状態を瞬時に把握し、IoTや制御系へとつながる有効な手段となる。また、鋳造等の材料製造プロセスにおいて、時系列で生じる諸現象の音速による理解は、プロセス改善による生成物の高品質化に貢献する。学術的には、物質系の相平衡状態を、音速、温度、濃度の３変数で規定する全く新しい相図が創成されたことに意義がある。