| 研究課題/領域番号 |
22K18898
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
阿部 圭晃 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40785010)
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| 研究分担者 |
石原 真吾 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40760301)
安達 正芳 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90598913)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | ガスジェット浮遊法 / 熱物性計測 / 数値流体力学 / ガス浮遊法 / 高温熱物性 / 溶融金属 / 表面張力 / 浮遊測定法 / ガス浮遊 / 計算計測融合 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
溶融体（1000℃以上の溶融した金属等）の熱物性（粘性等）は，鋳造・3Dプリンタ等の高温プロセスの支配因子であり，高精度な測定技術が求められる．しかし，溶融体は高温かつ高反応性で容器に格納した測定が難しい．そこでガスジェットにより溶融体を浮遊させ振動特性から熱物性を算出する手法が提案されている．しかし，その計測安定化や溶融体変形に伴う精度低下の検証は限定的である．本研究では，実験計測が困難な溶融体内外の流体数値モデルを構築し，実験計測で取得可能な溶融体の振動特性と同化を行う．これにより，浮遊が安定化する条件を予測し，溶融体の変形が物性推算精度に及ぼす影響も定量的に評価可能となることを目指す．
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| 研究成果の概要 |
浮遊する溶融金属周りのガス流れと浮遊安定性に関する圧縮性流体の数値解析を行い，粒子法に基づき変形解析を行うことで，両者を組み合わせたマルチフィジックス数値解析モデルを構築した．上述の数値解析と比較・融合させる実験として，溶融した硫化銅を対象として溶融体の球形からのずれが物性推算精度に及ぼす影響を評価した．これにより，従来用いられていた球形を仮定した熱物性予測手法に対し，ガス流れの効果および溶融体の変形効果を考慮した補正手法を提案した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では溶融体の浮遊計測に関するデジタルツインを構築出来たことが大きな成果であり，世界的に初めての事例と考えられる．実際の実験値を用いたリアルタイムのデータ同化解析やより高度な数値モデルの実現には今後も継続的に研究を展開させていく必要があるものの，本研究で構築できた表面張力係数の予測修正法を含めた数値モデルは溶融体の浮遊実験に限定されるものではなく，金属や酸化物の高温溶融体とガス流れの干渉に関する様々な系への展開が期待される.
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