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2015 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number 14J11897
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

塚田 圭祐  東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Keywords空中超音波 / 非接触計測 / 溶融塩 / 周波数分散性
Outline of Annual Research Achievements

高温流体などの過酷環境下において、空中超音波を応用することで非接触に流れを計測する技術開発を実施した。過酷環境として次世代型原子炉での使用が考えられている溶融塩に着目した。溶融塩は非常に高温かつ腐食性が大きいために従来の接触式超音波流量計による計測は困難とされていた。そこで、本研究で開発した空中超音波による非接触流量計を適用することで、溶融塩の流動を計測することを目的とした。空中超音波流量計は流体に接触せず流量計測が可能であり、溶融塩の高温環境、高腐食性から超音波センサを保護することが可能である。溶融塩計測を行うために溶融塩の物性値計測を行い、音響特性を明らかにするとともに溶融塩計測に最適な超音波周波数および超音波センサ形状を考案し、溶融塩の流動計測を可能とすることを目的とした。溶融塩は、融点が400℃と高温となることに加えて、高い腐食性を持ち、金属材料を侵すことが知られている。そこで溶融塩の流動計測のために実験装置を製作するにあたり、まず溶融塩の特性を調査した。実験では、実験装置に使用する材料を選定するために溶融塩中での材料の腐食試験を行い、実験装置の構造材を選定した。超音波による流動計測に必要となる溶融塩の音速を400℃から750℃の間で計測し、溶融塩の音速が温度に依存することを確認し、溶融塩の音速計測を行った。溶融塩の流動を計測するために、予備実験で得られた知見を基に実験装置の設計および製作を行った。製作した実験装置において、溶融塩にヘリウムガスを吹き込み、溶融塩中のバブルの挙動を超音波により計測した。計測には前年度、開発した超音波フォーカスセンサと配管中を伝搬するガイド波に起因する信号を除去する計測プログラムを使用した。また、同時計測を行うために点電極プローブの設計、開発を行い、計測を実施した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

空中超音波による非接触流量計測技術を蒸気流計測へ適用するために,金属配管中を伝搬するガイド波に起因する信号を除去するアルゴリズムを開発するとともに蒸気流量計測を実施している.開発した計測技術を実際の高温環境場へ適用を試みており順調に進展している.

Strategy for Future Research Activity

開発した計測システムを応用し,クランプオン方式による蒸気流量計測を行った.蒸気計測では受信信号の信号品質が低下するため,超音波タフト法による配管内の蒸気流量計測を実施した.計測では前年度開発したフォーカスセンサを使用し,1つの送信用センサと3つの受信用センサを使用することで,流れの影響による配管内部の音場移動量を計測することで配管内の蒸気流量計測を行った.計測結果から実際の高温場においては超音波センサの感度が変化することで計測誤差が発生しており,補正する手法を考案する予定である.

  • Research Products

    (5 results)

All 2015

All Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Presentation] 曲率センサを用いたクランプオン式超音波蒸気流量計の開発2015

    • Author(s)
      梅沢修一,杉田勝彦,相羽大樹,塚田圭祐,川口達也,木倉宏成
    • Organizer
      日本機械学会 2015年度年次大会
    • Place of Presentation
      北海道大学 工学部
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Development of Clamp-on Steam Flowmeter Based on Ultrasonic Tuft Method2015

    • Author(s)
      Taiki AIBA Keisuke TSUKADA, Tatsuya KAWAGUCHI, Hiroshige KIKURA, Katsuhiko SUGITA and Shuichi UMEZAWA
    • Organizer
      International Nuclear Science, Technology and Engineering Conference 2015
    • Place of Presentation
      Negeri Sembilan, Malaysia
    • Year and Date
      2015-08-17 – 2015-08-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クランプオン式蒸気流量計開発に向けた金属配管の超音波伝搬性能に関する検討2015

    • Author(s)
      相羽大樹,塚田圭祐,都築宣嘉,川口達也,木倉宏成,杉田勝彦,梅沢修一
    • Organizer
      第20回 動力・エネルギー技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      東北大学工学研究科 青葉記念館
    • Year and Date
      2015-06-18 – 2015-06-19
  • [Presentation] Non-Intrusive Measurement of Steam Flow Rate in a Steel Pipe by Means of a Clamp-On Ultrasound Flow meter2015

    • Author(s)
      Tatsuya KAWAGUCHI, Taiki AIBA, Keisuke TSUKADA, Nobuyoshi TSUZUKI, Hiroshige KIKURA, Katsuhiko SUGITA, Shuichi UMEZAWA
    • Organizer
      9th International Symposium on Fluid Flow Measurement
    • Place of Presentation
      Virginia, USA
    • Year and Date
      2015-04-12 – 2015-04-17
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 流量計測装置および流量計測方法2015

    • Inventor(s)
      梅沢修一,杉田勝彦,川口達也,木倉宏成,塚田圭祐,相羽大樹
    • Industrial Property Rights Holder
      梅沢修一,杉田勝彦,川口達也,木倉宏成,塚田圭祐,相羽大樹
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2015-230104号
    • Filing Date
      2015-10-14

URL: 

Published: 2016-12-27  

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