パルス超音波を用いた高精度過渡流量計測システムの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12558055
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 木倉 宏成 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (00302985)
• 研究分担者: 森 治嗣 東京電力, 原子力研究所, 主任研究員 ; 有冨 正憲 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (60101002)
• キーワード: 流体力学 / 流量計測 / 複測定線計測法 / パルス超音波 / 超音波時間領域相関法 / ドップラ効果 / 十分発達流 / 超音波キャビテーション

研究概要

パルス超音波を利用した超音波流速分布計を用いた高精度流量計測において、超音波ドップラー法に必要な反射体として、強力超音波によるキャビテーション気泡を発生させ、これを用いて超音波流量計測を行い、以下の知見を得た。
(1)強力超音波振動子を用いることでキャビテーション気泡の発生を確認した。
(2)強力超音波振動子を用いることによりノイズが増大しているが、それを上回る反射体を発生することで、十分強い信号強度を得ることが可能である。
(3)測定位置が気泡発泡位置より離れるにつれキャビテーション気泡は減少するが、本実験装置においては発生部から1m下流においても計測可能である。
また、本手法の有効性を示している従来の単一測定線での測定に加え、測定線を複数用いた流量算出アルゴリズムを構築すると共に、算出流量誤差の検討を行うことによって、非軸対称流や未発達流においても高精度流量計測が可能である流量計測システムを構築した。そして、配管材質に金属配管を用いて未発達流の流量計測を行い、その計測精度を検証した。さらに、超音波気泡発泡装置との同時計測に加え、従来から使用しているナイロン粒子との計測精度比較も行った結果、以下の知見を得た。
(1)超音波流速分布計測法を用いた複測定線計測法は,アクリル配管のみならず金属配管においても適用可能であり,未発達流を高精度で計測可能である.
(2)金属配管においても超音波反射体として強力超音波によるキャビテーション気泡が有効であり,さらに,従来のナイロン粒子に比べ計測精度が向上する.
(3)水から金属配管に超音波を入射させる場合,その入射角が水平に対して28°付近において最も精度良く流量計測が可能である

研究成果

• [文献書誌] Mori, M, Takeda, Y., Taishi, T., Furuichi, N., Aritomi, M., Kikura, H.: "Development of a Novel Flow Measuring System using ultrasonic Velocity Profile Measurement"Experiments in Fluids. 32-2. 153-160 (2002)
• [文献書誌] Taishi, T., Kikura, H., Aritomi, M.: "Effect of Control Volume of UVP Method on the Turbulent Pipe Flow Measurement"Experiments in Fluids. 32-2. 188-196 (2002)
• [文献書誌] 山中玄太郎, 木倉宏成, 有冨正憲: "超音波流速分布計測法を用いた乱流計測における測定体積の影響(第一報 アンサンブル平均, Reynolds応力および流量に関する検討)"日本機械学会論文集. 68-667. 796-776 (2002)
• [文献書誌] Taishi, T., Kikura, H., Koike, Y., Aritomi, M., Mori, M.: "Applicability of Ultrasonic Cavitations Bubbles for Measurement of Ultrasonic Doppler Method"3rd International Symposium on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Engineering, Lausanne, Switzerland. 103-108 (2002)
• [文献書誌] Kikura, H., Yamanaka, G., Aritomi, M: "Effect of measurement volume on turbulent flow measurement using ultrasonic Doppler method"11th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal. (CD-ROM),30-4. 1-9 (2002)
• [文献書誌] Yamanaka, G., Kikura, H., Aritomi, M: "Study on the Development of Novel Velocity Profile measuring method using Ultrasound Time-Domain Croce-Correlation"3rd International Symposium on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Engineering, Lausanne, Switzerland. 101-114 (2002)