Study on Flow Assurance and Technique Minimizing Pressure Loss for Subsea Ore-lifting

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海洋鉱物資源開発で技術的な中核を担う揚鉱ユニットの設計・運用に必須となるフローアシュアランス分析技術を確立するために、本研究では、超音波計測技術を独自開発し、管内を脈動する固液二相流の流動状況と圧力損失の周波数スペクトル空間での因果関係を解明してフローアシュアランス分析に適用可能な圧力損失推定手法を構築する。さらに、圧力損失を低減可能な制御デバイスを開発するとともに、内部流との相互作用が考慮した水中線状構造物の応答予測手法を構築する。当該年度は次の課題を実施した。【圧力損失推定技術】口径25A及び80Aの円管を鉛直から水平まで傾斜させた固液二相流の移送実験を実施した。脈動周期における圧力損失推定プログラムを開発して、口径25Aに関する実験結果との比較を通じて当該プログラムの有効性を確認した。さらに、傾斜管を含む直管内の脈動流中における時間領域圧力損失推定プログラムを開発した。超音波計測では、粒子から散乱するエコーの直接波形解析により粒子の位置と粒子サイズを推定する方法を開発した。ドップラーシフト周波数から管内の粒子速度分布及びその脈動影響を測定するとともに、平均速度分布及び脈動周波数を計測した。また高濃度粒子群の実効粘度を超音波スピニングレオメトリで測定する方法を開発した。【圧力損失最小化技術】傾斜管では粒子が上下に層状化した数密度分布を呈し、これに伴って粒子速度分布が管軸方向にゆっくりした空間遷移を持つことが判明した。このことから圧力損失が粒子運動量差と連動して局所的に分布を持つことが明らかとなった。【水中線状構造物の応答予測手法】有限要素法に基づく応答予測手法の改良に向けた検討を行うとともに、ランプドマス法に基づく応答予測手法の基本アルゴリズムを開発した。さらに外部有識者を招いたワークショップを開催し、研究進捗における問題点の提起や今後の研究計画に対する助言を受けた。