超音波を用いた液体金属気液二相流のボイド率分布と二次元速度場解析法の確立

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17KK0115
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 村川 英樹 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467668)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2022
• キーワード: 液体金属 / 気泡 / ボイド分布 / 速度分布 / 超音波トモグラフィ / 超音波パルスドップラ法

研究成果の概要

流体が不透明な液体金属内の二相流の過渡変化を計測することを目的に、超音波トモグラフィ法によるボイド分布計測とパルスドップラ法を用いた速度分布計測法の開発を行った。構築システムを用いて、内径50mmの円筒容器内のガリウム合金中を一定の時間間隔で生成した、体積等価直径が約8.5mmの気泡鎖を対象に、二相流動の計測を実施した。気泡生成頻度および水平磁場強度の違いによるボイド分布、および気泡速度への影響について評価した。磁場の無い条件では、気泡が揺動して上昇する条件においても、磁場強度が高くなるにつれ、気泡通過位置のばらつきが小さくなり、それに伴い気泡上昇速度が変化することを示した。

自由記述の分野

流体計測

研究成果の学術的意義や社会的意義

高発熱密度の冷却において、液体金属の利用は有効な手段の一つである。しかしながら流体が不透明であることから、液体金属中の二相流動の実験的評価は多くの課題がある。本研究では、液体金属中において気泡分布と速度情報を取得可能な超音波計測技術を確立した。さらに、これらの手法が磁場を印加した条件においても有効であることを示した。これにより、気液密度比や表面張力が従来の流体と大きく異なる液体金属において、気泡の合体や分裂、さらには磁場印加による影響といった複雑な二相流の解明に貢献し、安全解析に必要とされる構成方程式の精度向上に寄与するものである。