| 研究課題/領域番号 |
21H01250
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
村川 英樹 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467668)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
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| キーワード | 液体金属 / 水平磁場 / 気泡 / ボイド分布 / 超音波トモグラフィ / 二相流 / 超音波 / 気泡挙動 / 液体金属二相流 / 電磁流体 / 磁場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水平磁場印加時の液体金属中の気泡流動を実験的に評価可能とするために，従来開発してきた高速超音波トモグラフィ法を高度化することで，液体金属中を流動する気泡挙動の三次元ダイナミクス計測を実現する．常温で液体であり，取り扱いが容易なガリウム合金をモデル系とし，水平磁場を印加した静止液体金属中を上昇する連続気泡に対して，気泡形状，ボイド分布，気泡に誘起される液相乱流の実験データを取得することで，気泡形状と後流渦の評価，磁場強度と磁場印加方向の違いによる気泡の分散係数への影響などについて評価する．
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| 研究成果の概要 |
液体金属中を上昇する気泡挙動に与える水平磁場の影響を実験的に評価するため、高速超音波トモグラフィ法を用い、内径50mmの円管内を上昇する気泡を対象に、瞬時ボイド分布を500フレーム毎秒で計測した。試験部を電磁石内に設置することで、磁場強度、磁場印加方向および気泡の生成頻度の変化に伴う気泡通過位置分布の変化を評価した。磁場を印加していない条件では、気泡の通過位置分布が広く分布したが、スチュワート数が1以上では試験部中心付近の一定の場所を、気泡が通過することを示した。気泡生成頻度を増加させると先行気泡の後流の影響により、磁場と直交する方向に、気泡通過位置分布が僅かに広がることを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
磁場印加時の液体金属中の気泡挙動を実験的に評価することは、連続鋳造における製品品質の向上に寄与する。しかしながら流体が不透明であることから、液体金属中の二相流動の実験的評価は困難であり、十分な実験データが無かった。本研究では、超音波トモグラフィ法を用いることで内径50mmの円筒容器内を上昇する気泡を対象に、気泡分布に与える磁場の影響を実験的に解明した。これらの結果は、気液密度比や表面張力が従来の流体と大きく異なる液体金属において、気泡の合体や分裂といった複雑な二相流の解明に貢献し、数値解析に必要とされる構成方程式の精度向上に寄与する。
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