2022 Fiscal Year Research-status Report
混相流混合現象解明を目指した光吸収ベロシメトリー構築への挑戦
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22K03901
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 秀治 東京工業大学, 工学院, 准教授 (50625960)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 混相流 / 光吸収 / ベロシメトリー / 波長可変半導体レーザ / 可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2011年3月の福島第一原子力発電所事故では水素爆発が生じ過酷事故に至った。空気－水蒸気－水素系が混在する条件下では一定以上の水蒸気濃度では水素爆発は生じず水蒸気は水素燃焼を不活性化することが知られている。このような原子力を含む工業プロセスの安全・高度化のためには、多成分系流体の成分分布・温度・流速を可視化できるツール開発が必要とされている。一方で、近年、波長可変半導体レーザは、光源として量子物理や通信分野で注目を集めている。波長可変半導体レーザを用いることで、波長掃引を行い、流体の光吸収スペクトルを瞬時に取ることができ、掃引速度はミリ秒オーダーとすることで非常に応答性が高く、装置構成もシンプルであることから可搬性に優れる。そこで、本研究では、多成分系流体の成分・濃度・温度・流速を可視化可能なツール開発を目指して、多成分流体に波長可変半導体レーザを照射し、光吸収分光法により、流体の成分・濃度・温度・流速を可視化する手法を開発し、工業プロセスの安全・高度化及び、混相流の混合流動現象解明へ貢献するため、本年度は、研究計画通り、既有の圧力容器へ単一のレーザ光ビームのみのシングルレーザパス条件にて、レーザを透過させ、圧力一定条件下で気相の温度計測実験を行った。その後、計測アルゴリズムの開発を行い、温度・濃度計測手法構築へ向けた開発と原理実証、有効性評価を行うことで、シングルレーザパス条件における温度・濃度の光吸収特性に関する基礎データを得ることができたとともに、本開発計測手法の有効性を明らかにした。
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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
本年度の研究を通して、既有の圧力容器へ単一のレーザ光ビームのみのシングルレーザパス条件にてレーザを透過させ圧力一定条件下で気相の温度計測実験を行ったのち、計測アルゴリズムの開発を行い温度・濃度計測手法構築へ向けた開発と原理実証、有効性評価を行うことで、次年度以降に行う予定のマルチパスシステム構築に必要なデータベースとしての温度・濃度の光吸収特性に関するシングルレーザパス条件における基礎データを得ることができたとともに、本年度開発した計測手法の有効性を明らかにしている。一方で、研究の進捗に伴い、環境外乱が本計測手法へ与える影響を補正する計測手法の高度化が必要であることが判明したが、全体としてはおおむね順調に進展しているものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、まず次年度は、本年度の研究進捗に伴い環境外乱が本計測手法へ与える影響を補正する計測手法の高度化が必要であることが判明したため、その高度化開発を行うととともに、マルチパス化のための光学機器の設計・製作を行い気相の温度・濃度を取得し有効性検証を行うため、マルチパスシステムの構築（フォトアンプ、光学機器マウント等の製作）、マルチパスでの気相の温度・濃度検量線の作成及び実証実験を行い、本提案手法の有効性を確認する。
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| Causes of Carryover |
本年度研究の進捗に伴い、取り扱う対象とする気相を考慮することで、気相の流量計が既有のものが使用できることが判明し代替としたことや、消耗品である光学部品・配管部品・測定用電機部品等が現有の消耗品を一部使用できたことで新規購入をとりやめたため。また、調査旅費についてはオンライン会議で専門家との議論等を行うことができたため。次年度使用額は実験用の光学部品の購入費や配管部品・測定用電機部品・OA用消耗品等の消耗品の購入費、そして、学会旅費、実験補助等の人件費などに充てる計画である。
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