| 研究課題/領域番号 |
17KK0115
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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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| 研究期間 (年度) |
2018 – 2022
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| キーワード | 流体計測 / 超音波 / ボイド分布 / 二相流 / 液体金属 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、広角超音波センサを8個使用し、50mm程度の配管において瞬時ボイド分布を計測可能とした。構築した超音波トモグラフィ計測システムでは、各センサの超音波送受信を高速に切り替えることで、気液界面によって生じる超音波の反射信号を取得する。全センサにおいて計測された反射信号を用いてボイド分布再構成法を構築し、一断面の計測に要する時間分解能として1ミリ秒を達成した。これを500フレーム毎秒で連続CT計測を行うことで、気泡の形状やボイド分布の計測を実現した。液体金属中を上昇する連続気泡にって生じる後流渦の影響を評価するために、同一の気泡径において異なる気泡離脱周期を実現する気泡発生部が必要となる。そこで、スピーカーを用いた音圧変動によって気泡離脱周期を可変とする気泡注入部を製作し、ガリウム合金への適用性について、超音波トモグラフィおよびX線ラジオグラフィを用いることで評価した。さらに内径50mmの円筒容器において、単一および連続して気泡を上昇させ、断面ボイド分布の連続CT計測を行った。CT計測を容器底部から20mmおよび140mmの位置において実施することで、気泡離脱周期の違いが及ぼす気泡分散への影響について評価した。更に容器上部に設置した超音波センサを用いて、ドップラ法による速度計測を行った。
体積等価気泡径が約9mmのガリウム合金中を上昇する連続気泡中において、気泡離脱周期を1～5Hzに変化させところ、3Hz以下の条件では、連続する気泡がほぼ同一の断面を通過したのに対し、周期を短くすることで、計測断面において各気泡の通過位置のバラつきが大きくなることを示した。すなわち、気泡離脱周期を大きくすることで、異なる軌跡において気泡が上昇したと考えられる。
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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
計測システムは構築済みであり、水－アルゴン、およびガリウム合金－窒素二相流において最適な再構成手法について構築済みである。気泡離脱時の条件を評価するため、容器下部に設置したセンサを用いてCT計測した結果に対して、気泡離脱周期を評価する方法を確立した。構築したシステムを用いて気泡流の三次元流動評価を実施し、液体金属に起因する気液密度比および表面張力の影響による気泡流動の違いを解明可能であることを示している。特に連続して上昇する気泡を対象に、気泡離脱周期および気泡径の違いによる影響を評価できることは、気泡後流の影響を評価する上で重要となる。気泡周期を制御可能な気泡発生部の製作に必要な圧力コントローラの入手に時間を要したが、実際に気泡発生部を製作し、その性能評価まで実施した。よって、当初の予定通りに研究が進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
気泡離脱周期をより広範な条件において制御するために、気泡注入部の形状・材質および圧力変動信号について検討する。これにより、気泡離脱周期や気泡径の精緻な制御を実現する。近接した二断面での計測を実施することで、二断面間での計測遅れに基づき気泡の速度ベクトルの取得を行う。さらにパルスドップラ法とトモグラフィ法の同期計測を行うことで、瞬時の流動とボイド分布の比較を可能とする。これらのシステムを用い、同一気泡径で異なる気泡離脱周期の連続気泡における実験を実施することで、気泡間距離および気泡径の違いによる気泡流動への評価を行い、気泡後流が及ぼす後続気泡への影響について解明する。
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