2023 Fiscal Year Annual Research Report
高速超音波トモグラフィを用いた磁場印加時の液体金属二相流の流動評価とモデリング
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21H01250
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齊藤 泰司 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40283684)
杉本 勝美 神戸大学, 工学研究科, 助教 (40420468)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 二相流 / 液体金属 / 水平磁場 / 超音波 / 気泡挙動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガリウム合金中を上昇する気泡鎖の気泡挙動に及ぼす水平磁場の影響を実験的に評価することを目的に、申請者が開発した高速超音波トモグラフィ法を用いた実験的研究を実施した。
超音波トモグラフィでは、センサを設置した計測断面での瞬時ボイド分布が取得可能である。しかしながら気泡の速度情報を得られないことから、一断面での時系列計測では気泡の三次元挙動を評価することが出来ない。そこで、垂直方向に15mm離れた位置に、二つの計測断面を設置した。各断面において1ミリ秒の時間分解能で気泡の瞬時ボイド分布が計測可能とし、断面間における超音波の干渉を避けるため、上下交互にトモグラフィ計測を行うこととした。その結果、それぞれの計測断面において500フレーム毎秒にて、連続計測を実現した。各断面での気泡通過位置、および二断面間を気泡が通過するのに要する時間から、気泡の三次元平均速度ベクトルの算出を行った。これにより、気泡の揺動に与える磁場の影響を評価可能とした。
内径50mmの円筒容器をガリウム合金で満たし、底部に設置したノズルから気泡鎖を生成した。この時、体積等価径は約6.8mmであり、流量を制御することで気泡生成頻度が変化した。各条件において容器全体に水平磁場を印加し、磁場印加強度を変化させて実験を行った。磁場を印加することで気泡の揺動が抑制され、気泡が容器の中心付近を集中して上昇することを示した。気泡生成頻度が少ない、すなわち気泡間隔が短いと、気泡はほぼ直線状に上昇したが、気泡間距離が狭くなると、水平磁場に直交する方向において気泡の揺動が生じた。その結果、磁場印加方向に対して直交する方向に気泡が僅かに分布することを実験的に示した。このことから、気泡後流の三次元構造は磁場と平行または直交する方向で異方性を有しており、この異方性によって後続気泡の挙動が影響されることが示された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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