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2016 年度 実績報告書

パラメトリック効果を用いた非接触型流速分布計測法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J11897
研究機関東京工業大学

研究代表者

塚田 圭祐  東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
キーワード空中超音波 / 蒸気 / 超音波流速分布計測法 / 音響透過率 / ガイド波
研究実績の概要

蒸気に対する超音波流速分布計測法の適用可能性を検証することを目的とした.蒸気の流速分布計測では,前年度開発した低周波曲率超音波センサを使用した.蒸気計測にあたり,超音波流速分布計測法で必要とされる反射体として,蒸気中に存在する凝縮により発生した水滴に注目した.凝縮水滴は蒸気を送る際の配管からの熱損失により発生し,一般的には湿り蒸気環境下ですることが知られている.そのため,本計測システムの有効性を検証するために大気中への蒸気噴流の計測を行った.蒸気噴流計測では,現有の蒸気流路を使用し渦流量計との比較計測を実施した.計測には前年度開発した低周波曲率センサを使用した.低周波センサは気体中での超音波の減衰を抑え計測可能距離を向上させる,一方で,流速分布計測においては空間分解能の低下の一因となる.そこで,空間分解能を向上させるためにパルス繰り返し周波数を2 kHzに設定し,デジタイザのサンプリングレートを100MS/sと比較的高速にすることで計測可能とした.しかしながら計測結果では,超音波センサの特性により,曲率の方向に対して直交する方向における超音波ビームの広がりに起因するエコー信号により,誤計測する課題が見つかった.そこで,信号処理により誤計測結果を排除するために,エコー信号の強度をもとにデータの信頼性を評価するフィルタを実装した.フィルタの適用により,誤計測結果が排除され平均流速分布計測結果から,噴流の構造を特徴づけることができた.計測結果では,蒸気噴流における境界層の発達が観測され速度の標準分散が大きくなる箇所では周りの空気を巻き込む渦の存在が確認された.以上から,超音波による蒸気流速分布計測の可能性を示すことができた.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Flowrate measurement on metal pipes by air-coupled ultrasound2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke TSUKADA and Hiroshige KIKURA
    • 雑誌名

      International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements

      巻: 4 ページ: 583-593

    • DOI

      10.2495/CMEM-V4-N4-583-593

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Study on Velocity Profile Measurement of Saturated Steam Jet Flow by Air-coupled Ultrasound2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Tsukada
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Innovative Nuclear Energy Systems
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2016-10-31 – 2016-11-02
    • 国際学会
  • [学会発表] 空中超音波流速分布計の蒸気噴流適用に向けた基礎研究2016

    • 著者名/発表者名
      塚田圭祐
    • 学会等名
      日本混相流シンポジウム2016
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2016-08-08 – 2016-08-10
  • [学会発表] Study of Steam Flow Velocity Measurement using Focused Air-Coupled Ultrasonic Velocity Profiler2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke TSUKADA
    • 学会等名
      The 17th International Symposium on Flow Visualization
    • 発表場所
      Tennessee, USA
    • 年月日
      2016-06-19 – 2016-06-22
    • 国際学会
  • [学会発表] 高温金属配管の蒸気流量計測に向けた超音波ビームフ ォーカシングに関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      塚田圭祐
    • 学会等名
      第21回動力・エネルギーシンポジウム
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-06-16 – 2016-06-17

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公開日: 2018-01-16  

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