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2020 年度 実績報告書

光ファイバーによる新規な液膜計測法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K23485
研究機関静岡大学

研究代表者

水嶋 祐基  静岡大学, 工学部, 助教 (30844716)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
キーワード液膜流 / 光ファイバー / レーザー / 光線追跡
研究実績の概要

我が国の抱えるエネルギー問題において、東日本大震災以降続く原子力発電所の停止や世界情勢と連動した化石燃料価格の乱高下等は、電力の安全かつ安定な供給維持に深刻な影を落としている。火力発電は高度成長期以前から現在も我が国の暮らしや経済を支える屋台骨であり、蒸気タービンの効率追求や長寿命化は無視できない課題である。そこで、極限状態に近いタービン内でも実現可能な液膜計測法を世界に先駆けて開発し、これらに資する測定情報を獲得することが、本研究の目的である。

最終年度において、開発した液膜計測用光ファイバープローブ(OFP)を用いて高速気流中での液膜厚さ計測を実証した。測定値は吸い込み流量と高速度カメラ画像による推測値と比較し、これらと良好に一致することを確認した。また、前年度に蓄積した基礎データからOFPの信号特性を解析し、光ファイバーの種類や特徴に応じたセンサ開発の指針を明らかにし、論文化した。

以上を踏まえ、本研究では以下の成果を得た。①液膜測定用OFPの最適設計パラメータ選定: 光ファイバーのコア径・種類に応じて、10um~1mmの液膜厚さを測定可能である。②模擬液膜による検証実験: OFPと可視化により測定された膜厚は良好に一致した。③風洞試験による検証実験: OFPと比較用データ(可視化・質量法)により得られた膜厚の平均値は良好に一致した。さらにOFPは液膜厚さの時間変動も取得可能である。ただし、今回の計測ではOFPにて得られた膜厚の時系列変化を十分に評価可能なデータが得られなかったため、今後の課題となった。現在、同事項に関して解析を行うべく、計算と併せて実験を実施中である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020 その他

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 (5件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Accurate thin-film measurement method based on a distribution of laser intensity emitted from optical fiber: Proposal of step light emitted model for ray-tracing simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Kampei YAMAGUCHI, Toshiyuki SANADA and Yuki MIZUSHIMA
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Letters

      巻: 6 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1299/mel.20-00419

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A Novel Thickness Measurement Method of Liquid Film in Air Flow via Optical-Fiber-Based Reflective Probe2021

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Okui, Toshiyuki Sanada, Yuki Mizushima, Shunsuke Mizumi, Soichiro Tabata
    • 学会等名
      ASME Turbo-Expo 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Development and optimization of Optical-fiber-based Reflectance Probe (ORP) for liquid-film thickness measurement2020

    • 著者名/発表者名
      Kampei Yamaguchi and Yuki Mizushima
    • 学会等名
      The 73rd Annual Meeting of the American Physical Society's Division of Fluid Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] 3次元光線追跡シミュレータを用いた光ファイバーによる液膜厚さ計測法に関する考察2020

    • 著者名/発表者名
      山口寛平,水嶋祐基
    • 学会等名
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2020
  • [学会発表] 光ファイバープローブを用いた液膜流中での厚さ計測に関する考察2020

    • 著者名/発表者名
      奥井貴之,真田俊之,水嶋祐基
    • 学会等名
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2020
  • [学会発表] 光ファイバーを用いた液膜厚さ測定法に関する実験的研究2020

    • 著者名/発表者名
      川田竣哉,水嶋祐基
    • 学会等名
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2020
  • [備考] 静岡大学教員データベース

    • URL

      https://tdb.shizuoka.ac.jp/rdb/public/Default2.aspx?id=11281&l=0

  • [産業財産権] 光ファイバープローブセンサーを用いた薄液膜厚さと液膜速度との同時測定方法,及び同センサーの較正方法2020

    • 発明者名
      水嶋,馬場,染矢,齋藤,田中,上山,水谷
    • 権利者名
      水嶋,馬場,染矢,齋藤,田中,上山,水谷
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-188100

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公開日: 2021-12-27  

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