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鉄鋼プロセスにおける反応容器内部で起こる気液界面現象の音響学的診断のための研究

钢铁工艺反应容器内气液界面现象的声学诊断研究

基本信息

批准号：
21K04757
负责人：
植田芳昭
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Setsunan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04757/
关键词：
鉄鋼精錬プロセス

项目摘要

溶銑予備処理工程のインジェクション法では，脱硫剤などの粒子群は不活性ガスと共に吹込まれる．そのような粒子は溶銑との濡れが悪いため溶銑内に侵入する際，背後にガスを纏ってしまい，浴内での分散が阻害される．一方，微小気泡が生成・崩壊するとき，化学反応は促進される．このように，溶銑の粒子群が纏う気泡は粒子の浴内分散と化学反応に密接に関係するが，溶銑は不透明であるため浴内での粒子群の分散挙動を直接観察して評価できない．本研究では，反応容器内部で起こる気液界面現象を直接視認すること無しに浴外から音響学的に診断する方策について検討している．今年度は，粒子が溶銑内に貫入するときその背後に纏う気泡の形状と放射音の関係について検討した．これは流体が水でない場合，物性値の違いにより，粒子に纏う気泡形状が種々に変化することに対応するためである．球形気泡の振動によって生じる放射音は，レイリー・プレセット方程式によって理論的に検討されている．本研究では，粒子背後に形成される気泡形状はフルード数の値が大きくなるほど鉛直方向に引き伸ばされ球形でなくなるが，気泡分裂の際に生じる放射音の卓越周波数は球形気泡の理論解で説明できることを確認した．さらに，可視化実験により，卓越周波数に対応する放射音は気泡体積の時間変化によって生じていることを明らかにした．気泡形状は放射音の減衰率に影響し，特に，放射音が高周波数となる条件ではより顕著に表れる．本研究では，先の方程式に対して，細長物体理論で気泡形状を近似し，気泡先端の振動による影響を理論的に検討した．この結果は，実験結果で得られた気泡形状による減衰率の違いを説明できるモデルであることが示唆された．加えて，気液界面現象を計算する手法として，渦粒子法にペナルティ法の概念を適用したもの構築しており，境界面に回転の影響が加えられた場合のモデル式について検討した．

The melting and milling preparation treatment process is based on the method of desulfurization, and the particle group of desulfurization is inactive. The そのような particles are dissolved and milled, and the soluble milling inside is intruded into the background, and the behind is wrapped around, and the bath is dispersed and hindered. On the one hand, the formation and collapse of microscopic bubbles is carried out, and the promotion of chemical reactions is carried out.このように, melt milling, particle group, entanglement, bubble, particle dispersion in the bath, chemical reaction, close contact, relationship, etc.が, the dispersion and movement of the particle group in the bath are not transparent, and the dispersion and movement of the particles in the bath can be directly observed and evaluated. In this study, the phenomenon of the liquid interface inside the reaction vessel can be directly visualized and analyzed, and the acoustic diagnosis method can be used outside the bath. This year, the particles are melted and milled, penetrated into the back of the body, wrapped around the shape of the bubbles, and radiated sound. In the case of liquid and water, the physical properties are inconsistent and the particles are entangled and the shape of the bubble is changed. The vibration of the spherical bubble is produced and the sound is emitted, and the レイリー・プレセット equation and the によって theory are discussed and discussed. In this study, the shape of the bubble formed behind the particle is a spherical shape that is large in the vertical direction and stretched in the vertical direction.でなくなるが, でなくなるが, のに生じるradiated sound のExcellent frequency wave number は spherical しbubble のTheoretical solution でExplanation できることをconfirmation した．さらに, visualization 実験により, excellent frequency number に対応するradiation sound は気bubble volume のtime change によって生じていることを明らかにした. The shape of the bubble has an influence on the attenuation rate of the emitted sound, its characteristics, the high frequency of the emitted sound, and the condition of the emitted sound. In this study, the first equation is used, the slender object theory is used to approximate the shape of the bubble, and the vibration of the tip of the bubble is affected by the theory.このRESULTSは,実験RESULTSでgetられた気気shaped によるATTAttenuation rateのviolationいをDESCRIPTIONできるモデルであることがshows instigationされた． The method of calculating the phenomenon of liquid-liquid interface is the application of the concept of the vortex particle method.ものconstruct しており, the interface に回転のeffect がadd えられたoccasion のモデルstyle について検した．