高速超音波トモグラフィを用いた磁場印加時の液体金属二相流の流動評価とモデリング

使用高速超声断层扫描在磁场作用下液态金属两相流的流动评估和建模

• 批准号: 21H01250
• 负责人: 村川 英樹
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H01250/
• 关键词: 液体金属二相流; 超音波トモグラフィ; 電磁流体; 二相流; 液体金属; 磁場; 超音波; ボイド分布

申請者が開発した超音波トモグラフィ法を用いて、ガリウム合金中を上昇する連続気泡を対象に、気泡径、気泡間隔および水平磁場印加時の気泡挙動を実験的に評価することを目的に、研究を実施した。超音波トモグラフィでは、センサを設置した計測断面での瞬時ボイド分布を計測するため、一断面での計測では気泡の三次元挙動を評価することが出来ない。そこで近接した二断面での計測を実施することで、二断面間での時間遅れに基づき気泡の速度ベクトルの算出を行う手法を開発した。気泡の上昇速度およびトモグラフィ計測の時間分解能を考慮し、二断面間の距離を15mmに設定した。トリガ信号を制御することで、センサからの超音波送信間隔を0.125msに設定し、各断面を1msの時間分解能で気泡分布を計測した。二断面での計測は2ms間隔で交互に実施した。気泡が計測断面を通過する際、気液界面によって得られる超音波反射強度が高くなる。これにより、気泡が測定体積内の厚み方向中央を通過した時刻における断面再構成画像を決定した。再構成画像によって得られる気泡形状に対して、画像処理によって楕円近似を実施することで気泡の重心座標を算出し、二断面間での重心座標の変化、および計測の遅れ時間から気泡の三次元挙動の算出を実現した。水中において固体球および上昇する気泡に対して実験を実施し、高速度カメラとの比較により±10%の誤差にて、気泡上昇速度の計測が可能であることを示した。ガリウム合金中を上昇する気泡鎖に対して、一断面によるトモグラフィ計測を実施した。水平磁場印加による影響を評価した。体積等価径が約5mmである気泡において、水平磁場を印加することで気泡の揺動が抑制されること、気泡が容器断面の一定領域に集中して気泡が上昇することを示した。さらに気泡流量が多い条件では、水平磁場に直交する方向において、気泡が僅かに分布することを実験的に示した。

The applicant has developed an ultrasonic method for the evaluation of the bubble size, bubble spacing, and bubble motion in the presence of a horizontal magnetic field. The ultrasonic wave is set up to measure the instantaneous vibration distribution of the measured section and to evaluate the three-dimensional vibration of the measured section. The calculation method of the basic velocity between the two sections is developed. The rising speed of the bubble is too high to measure the time decomposition energy. The distance between the two sections is set to 15 mm. The ultrasonic transmission interval of the signal is set to 0.125 ms, and the time decomposition energy of each section is measured. The measurements on both sections are performed at 2ms intervals. The reflection intensity of ultrasonic wave is higher when the bubble measurement section passes through and when the gas-liquid interface passes through. The thickness of the bubble in the measurement volume is determined by the time the cross section is reconstructed. Then, the image processing unit calculates the barycentric coordinates of the bubble, and calculates the barycentric coordinates of the bubble. The measurement of bubble rise velocity is possible with an error of ±10% in comparison with the measurement of bubble rise velocity. The measurement of the gas bubbles in the alloy is carried out on a cross section. An evaluation of the influence of horizontal magnetic fields The volume of the gas bubble is about 5mm, the horizontal magnetic field is applied, the gas bubble movement is suppressed, and the gas bubble is concentrated in a certain area of the container cross section. The flow rate of gas bubbles varies according to the direction of the horizontal magnetic field and the distribution of gas bubbles.

项目成果

Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf(ドイツ)

德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心（德国）

ガリウム合金中を上昇する連続気泡の可視化

镓合金中上升的开放气泡的可视化

• 发表时间: 2022
• 作者: Takashi Tokumasu;Naoya;Uene;Takuya Mabuchi1,3;Masaru Zaitsu4 and Shigeo Yasuhara;前田 紗奈，村川 英樹，Fu Xin，足立 和司
• 通讯作者: 前田 紗奈，村川 英樹，Fu Xin，足立 和司

Evaluation of Behavior of Continuous Bubbles Rising in a Gallium Alloy under Influence of Horizontal Magnetic Field by Using a High-speed Ultrasonic Tomography

利用高速超声断层扫描评估水平磁场影响下镓合金中连续气泡上升的行为

• DOI: 10.3811/jjmf.2023.t003
• 发表时间: 2023
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF MULTIPHASE FLOW
• 作者: 池田 幸穂;小金沢 新治;谷 弘詞;呂 仁国;川田 将平;村川 英樹，前田 紗奈
• 通讯作者: 村川 英樹，前田 紗奈

Behavior of single bubble chain in gallium eutectic alloy under influence of transverse magnetic field

横向磁场影响下镓共晶合金中单气泡链的行为

• 发表时间: 2022
• 作者: Hideki Murakawa;Xin Fu;Kazushi Adachi
• 通讯作者: Kazushi Adachi

Measurements of continuously released bubbles motion in liquid metal using ultrasonic techniques

使用超声波技术测量液态金属中连续释放的气泡运动

• 发表时间: 2021
• 作者: Hideki Murakawa;Tomonori Shimizu
• 通讯作者: Tomonori Shimizu