| 研究課題/領域番号 |
21H04590
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分24:航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
正信 聡太郎 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 特別研究主幹 (80373413)
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| 研究分担者 |
村井 祐一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80273001)
高野 慧 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (90636820)
山本 マルシオ 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (10608631)
田坂 裕司 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00419946)
PARK HYUNJIN 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00793671)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
40,040千円 (直接経費: 30,800千円、間接経費: 9,240千円)
2024年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2023年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2022年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2021年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
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| キーワード | 海洋鉱物資源開発 / フローアシュアランス分析 / 超音波計測技術 / 圧力損失最小化技術 / 水中線状構造物挙動 / 超音波計測 / 圧力損失最小化 / 水中線状構造物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では超音波計測技術を独自開発し、傾斜管を用いた移送実験を通じて、管内を脈動する固液二相流の流動状況と圧力損失の周波数スペクトル空間での因果関係を解明してフローアシュアランス（流路保全）分析に適用可能な圧力損失推定手法を構築する。また、圧力損失を低減可能な制御デバイスを考案し、実験を通じて本デバイスの効果の範囲を明らかにする。さらに、内部流との相互作用が分析できる水中線状構造物の応答予測手法を構築して、縮尺模型を用いた水槽実験で検証する。
なお研究の遂行にあたっては、外部研究推進委員会を開催し、研究進捗における問題点の提起や実装性・学術的価値の評価に対する助言を受けることとする。
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| 研究実績の概要 |
海洋鉱物資源開発で技術的な中核を担う揚鉱ユニットの設計・運用に必須となるフローアシュアランス分析技術を確立するために、超音波計測技術を独自開発し、管内を脈動する固液二相流の流動状況と圧力損失の周波数スペクトル空間での因果関係を解明してフローアシュアランス分析に適用可能な圧力損失推定手法を構築する。さらに、圧力損失を低減可能な制御デバイスを開発するとともに、内部流との相互作用を考慮した水中線状構造物の応答予測手法を構築する。
当該年度は、次の課題を実施した。
【圧力損失推定技術】移送管に適用可能な時間領域圧力損失推定プログラムを開発して、過年度に実施した実験結果との比較・検証を通じて当該プログラムの有効性を確認した。さらに、曲げ配管を用いた予備実験を実施して、次年度に計画している移送管形状の固定配管を用いた移送実験に備えた。傾斜50A管の混相流の圧力損失を計測するシステムを構築した。また高濃度粒子懸濁液のレオロジー物性の計測方法に画像処理を導入し、せん断歪み速度と局所体積率の4象限分類による定量計測を実現した。【圧力損失最小化技術】過年度に取得した傾斜25A管の固液二相流の高解像度超音波エコーグラムから管内の粒子速度分布を取得するデータ解析を実施し、速度分布の特徴値を傾斜角度と粒子濃度、液体流速でパラメータ対応化させたデータベースを構築した。【水中線状構造物の応答予測手法】管内固液二相流の密度分布を考慮可能なランプドマス法に基づく応答予測手法を開発し、水槽実験結果との比較を通じて、移送管模型の振動モードを適切に捉えられることを確認した。また、有限要素法に基づく応答予測手法の基本アルゴリズムを開発した。
さらに、外部有識者を委員とするワークショップを開催し、今後の研究計画等に対する助言を受けるとともに、水中線状構造物の応答予測手法に関心のあるノルウェー科学技術大学と意見交換を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
【圧力損失推定技術】では、当初計画をすべて遂行したのに加え、来年度に予定していた圧力損失推定手法の構築を前倒しで実施しており、当初の計画以上の進展が見られた。
【圧力損失最小化技術】では、超音波エコーグラフィ法による管内粒子速度分布の取得に成功し、種々の流動条件に対する超音波計測の適用性・拡張性が確認された。
【水中線状構造物の応答予測手法】については、有限要素法に比べて計算コストの低いランプドマス法に基づく応答予測手法を開発することによって、当初目標を達成するための研究を遂行することができた。当初計画していた有限要素法に基づく応答予測手法の開発も引き続き実施予定である。
以上を踏まえ、研究全体として「おおむね順調に進展している」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
【圧力損失推定技術】では、移送管形状を模擬した固定配管を用いた固液二相流の移送実験を実施し、取得データと数値解析結果との比較分析を通じて、過年度までに構築した圧力損失推定手法の適用範囲を明確化する。また、管壁における粒子衝突の頻度を計測データから推定し圧力損失との対応付けを行う。
【圧力損失最小化技術】では、新たに導入する高時間分解型の差圧センサーによる圧力損失の周波数スペクトルを取得し、粒子粗密分布との相関を分析する．
【水中線状構造物の応答予測手法】については、移送管形状に対応可能な水中線状構造物の挙動解析プログラムに、過年度までに構築した圧力損失推定手法を組み込み、連成解析プログラムとして完成させる。
さらに、ワークショップを開催して、外部有識者から研究進捗における問題点の提起や実装性・学術的価値の評価に対する助言を受け、成果の最大化を図るとともに、ノルウェー科学技術大学との情報交換を引き続き実施して、今後の国際共同研究の可能性を追求する。
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