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パルス超音波を用いた過酷環境流動計測システムの開発

Research Project

Project/Area Number 13J08768
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nuclear engineering
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

井原 智則  東京工業大学, 原子炉工学研究所, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥3,830,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords超音波流速分布計 / 導波棒 / 溶融ガラス / 溶融塩 / 広帯域信号処理 / ベクトル計測 / 導波棒計測 / 音響物性評価 / 計測可能距離 / 可視化 / 位相差分法 / フェイズドアレイ法
Outline of Annual Research Achievements

高レベル放射性廃棄物処理のためのガラス溶融炉内流動に代表される過酷環境流動に対応する計測技術を実現するために、パルス超音波を用いた超音波流速分布計測(UVP)法の応用開発を行い、以下の知見を得た。
1.1000℃を超える溶融ガラスに対してUVP法を適用する際には、導波棒技術が必要となる。導波棒とは超音波センサと溶融ガラスの間で温度緩衝材および音響経路となるが、同時に遅れエコーと呼ばれる内部反射による計測雑音の問題が知られている。遅れエコーを低減させた導波棒を本研究では使用しているが、溶融ガラス中における流動を計測する際には溶融ガラスの高粘度に起因する高い音響減衰率の影響も重なり、従来以上の高い耐雑音性能を有する流速分布算出アルゴリズムが求められる。そこで、本研究では広帯域位相差分法を提案した。本手法により、導波棒内遅れエコー由来の雑音を低減することに成功した、1100℃の溶融ガラス内に設置したジルコニア球の挙動をリアルタイム計測することで、溶融ガラスに対する流動計測が可能であることを示した。
2.開発した計測システムを用いてスイス連邦工科大学チューリッヒ校において溶融塩内における気泡挙動の計測実験を行った。その中で、気泡挙動を可視化するための特殊な信号処理手法として、時系列フレーム差分フィルタと適応型振幅フィルタを開発し、比較的雑音が多い環境下においても気泡の挙動を抽出することに成功した。
3.フェイズドアレイ技術を用いたベクトルUVP法を開発した。開発した技術を用いて垂直円管内旋回気泡流を計測し、旋回流誘起部後の旋回流の挙動について従来手法では困難であった円管断面方向に関する非侵襲計測を行った。同時に本体系を数値流体シミュレーションによって解析し、実験結果と計算結果の比較を行い、旋回流誘起部の影響について明らかにした上で、計測結果の妥当性を示した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2016 2015 2014 2013

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Application of ultrasonic Doppler velocimetry to molten glass by using broadband phase difference method2016

    • Author(s)
      Tomonori Ihara, Nobuyoshi Tsuzuki, Hiroshige Kikura
    • Journal Title

      Flow Measurement and Instrumentation

      Volume: 48 Pages: 90-96

    • DOI

      10.1016/j.flowmeasinst.2015.10.011

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Experimental and numerical visualizations of swirling flow in a vertical pipe2016

    • Author(s)
      Ari Hamdani, Tomonori Ihara, Hiroshige Kikura
    • Journal Title

      Journal of Visualization

      Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1007/s12650-015-0340-8

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Experimental study of bubbly swirling flow in a vertical tube using ultrasonic velocity profiler (UVP) and wire mesh sensor (WMS)2016

    • Author(s)
      Ari Hamdani, Tomonori Ihara, Nobuyoshi Tsuzuki, Hiroshige Kikura
    • Journal Title

      Journal of Mechanical Science and Technology

      Volume: 印刷中 Pages: 1-9

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Development of the Ultrasonic Buffer Rod for the Molten Glass Measurement2015

    • Author(s)
      Tomonori Ihara, Nobuyoshi Tsuzuki, Hiroshige Kikura
    • Journal Title

      Progress in Nuclear Energy

      Volume: Volume 82 Pages: 176-183

    • DOI

      10.1016/j.pnucene.2014.07.041

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Ultrasonic velocity profiler for very low velocity field2013

    • Author(s)
      Tomonori Ihara, Hiroshige Kikura and Yasushi Takeda
    • Journal Title

      Flow Measurement and Instrumentation

      Volume: 34 Pages: 127-133

    • DOI

      10.1016/j.flowmeasinst.2013.10.003

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 漏洩箇所特定に向けた超音波可視化計測技術に関する基礎研究2016

    • Author(s)
      河内拓也,井原智則,木倉宏茂,河野尚幸
    • Organizer
      日本原子力学会・2016 春の年会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2016-03-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrasonic inspection technique for fuel debris combining ultrasonic velocity profiler and aperture synthesis methods2015

    • Author(s)
      Takuya Kawachi, Tomonori Ihara, Hiroshige Kikura
    • Organizer
      2015 ANS Winter Meeting and Nuclear Technology Expo
    • Place of Presentation
      Washington DC, Marriott Wardman Park
    • Year and Date
      2015-11-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flow mapping in two-phase swirling flow using ultrasonic array sensors2015

    • Author(s)
      Ari Hamdani, Tomonori Ihara, Hiroshige Kikura
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics
    • Place of Presentation
      松江
    • Year and Date
      2015-11-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fundamental study of ultrasonic measurement for leakage flow mapping and debris inspection2015

    • Author(s)
      Tomonori Ihara, Takuya Kawachi, Takuya Fukumoto, Nobuyoshi Tsuzuki, Hiroshige Kikura, Kazushi Kimoto
    • Organizer
      The 26th International Symposium on Transport Phenomena
    • Place of Presentation
      Austria, Leoben
    • Year and Date
      2015-09-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 燃料デブリ実態把握のための超音波計測技術に関する基礎研究2015

    • Author(s)
      河内拓也, 木村駿, 井原智則, 木倉宏成, 木本和志
    • Organizer
      日本原子力学会・2015秋の大会
    • Place of Presentation
      静岡
    • Year and Date
      2015-09-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of ultrasonic measurement system for fuel debris inspection2015

    • Author(s)
      Takuya Kawachi, Shun Kimura, Tomonori Ihara, Hiroshige Kikura, Kazushi Kimoto
    • Organizer
      International Nuclear Science, Technology and Engineering Conference 2015
    • Place of Presentation
      Universiti Sains Islam Malaysia (USIM)
    • Year and Date
      2015-08-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超音波アレイセンサを用いた物体表面形状と二次元流速分布の同時計測手法の開発2015

    • Author(s)
      河内拓也, 木村駿, 井原智則, 木倉宏成, 木本和志
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2015-06-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 溶融ガラス内での超音波流速分布計測に関する研究2015

    • Author(s)
      井原智則, 都築宣嘉, 木倉宏成
    • Organizer
      日本原子力学会 春の年会
    • Place of Presentation
      茨城大・日立キャンパス(茨城県日立市)
    • Year and Date
      2015-03-20 – 2015-03-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 溶融ガラス流動計測に向けた超音波流速分布計の開発に関する基礎研究2014

    • Author(s)
      井原智則, 都築宣嘉, 木倉宏成
    • Organizer
      日本原子力学会・熱流動部会 第二回若手交流フォーラム
    • Place of Presentation
      京都大・吉田キャンパス(京都府京都市)
    • Year and Date
      2014-09-10 – 2014-09-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Flow Monitoring in Molten Glass by Means of Ultrasonic Doppler Method2014

    • Author(s)
      Tomonori Ihara, Nobuyoshi Tsuzuki, Hiroshige Kikura
    • Organizer
      9th International Symposium on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Engineering (ISUD9)
    • Place of Presentation
      National School for Water and Environmental Engineering of Strasbourg(フランス・ストラスブール)
    • Year and Date
      2014-08-27 – 2014-08-29
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Fundamental Study on Application of Ultrasonic Velocimetry to Molten Glass2014

    • Author(s)
      Tomonori Ihara, Nobuyoshi Tsuzuki, Hiroshige Kikura
    • Organizer
      The 22th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE22)
    • Place of Presentation
      Hilton Prague(チェコ・プラハ)
    • Year and Date
      2014-07-07 – 2014-07-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Optimization of the ultrasound buffer rod for the molten glass measurement2013

    • Author(s)
      Tomonori Ihara, Hiroshige Kikura
    • Organizer
      The Fourth International Symposium on Innovative Nuclear Energy Systems
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2013-11-07
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] A study of phased array ultrasonic velocity profile monitor for flow rate measurement2013

    • Author(s)
      Takuya Fukumoto, Keisuke Tsukada, Tbmnori Ihara, Nobuyoshi Tsuzuki and Hiroshige Kikura
    • Organizer
      The 21st International Conference on Nuclear Engineering
    • Place of Presentation
      Century City International Convention Center(中国四川省成都市)
    • Year and Date
      2013-07-31
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] フェイズドアレイ超音波流速分布計測法を用いた流量計測に関する研究2013

    • Author(s)
      福本 拓哉, 塚田圭祐, 井原智則, 都築宣嘉, 木倉宏成
    • Organizer
      第18回動力・エネルギー技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      千葉大学 西千葉キャンパス(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2013-06-21
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 流速ベクトル分布計測装置、方法およびプログラム2014

    • Inventor(s)
      木倉宏成, 井原智則, 塚田圭祐, 福本拓哉
    • Industrial Property Rights Holder
      木倉宏成, 井原智則, 塚田圭祐, 福本拓哉
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2014-211327
    • Filing Date
      2014-10-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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