磁気共鳴イメージング法による多孔質層内の熱・物質移動の研究

利用磁共振成像方法研究多孔层内的传热传质

• 批准号: 09750233
• 负责人: 張 興
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750233/
• 关键词: MRI装置; 湿度計測; 温度計測; 流れ場計測; 多孔質層; 熱・物質移動

本研究では、磁気共鳴イメージング(MRI)装置を用いて、円筒容器内に水と砂を充填した多孔質層(飽和および不飽和状態)内の流れ分布、温度分布、湿度分布および気液界面の形状などを測定することおよび得られた実験結果に基づき多孔質層内の熱・物質移動現象の理論解明、新しいモデルの構築および実際の多孔質層内の伝熱経験式の提案を目的としたものである。前年度の研究成果に基づき、本年度は、まずMRI装置を用いることにより、これまで殆ど不可能であった、多孔質層(不飽和状態)内の湿度分布および温度分布などの測定方法(湿度計測のためのTagging法や温度計測のためのパルスシーケンスであるInversion Recovery法など)の適用性を詳細に検討した。それぞれの測定法に基づく特殊なRFコイルを設計し、湿度および温度の計測ソフトを開発した。そして、湿度および熱モデルを提案し、それらのモデルに基づく数値シュミレーションを一連のパラメータ群に対して行った。数値シュミレーション結果から、モデル化した物体内の定常および非定常湿度分布、温度分布を明らかにした。さらに、測定精度の評価を行うため、提案した湿度および熱モデルに関し、実測を試みた。毛細管力の影響を調べるため、粒径1mm以下である不飽和多孔質層に対して実測を行った場合、MRI装置の空間分解能やNMR信号の強度および信号処理上などの問題点を明らかにした。温度計測について、解析結果と比較することにより、測定精度の評価法を確立した。湿度計測については、さらに研究を行う必要がある。なお、円筒容器内の多孔質層内の熱・物質移動現象に関する理論解析および数値計算も行った。

In this study, magnetic resonance imaging (MRI) equipment was used to fill the porous layer with water and sand in the cylinder. Flow distribution, temperature distribution, humidity distribution, and the shape of gas-liquid interface in saturated and unsaturated state were measured. Results: Theoretical explanation of heat and mass transfer phenomenon in porous layer, new structure of porous layer, and proposal of heat transfer equation in porous layer. The applicability of the method for measuring humidity distribution and temperature distribution in porous layer (unsaturated state)(Tagging method for humidity measurement and Inversion Recovery method for temperature measurement) is discussed in detail. The measurement method is based on special RF design, humidity and temperature measurement. The temperature, humidity and temperature of the water are different. The results of numerical simulation show that the steady and unsteady humidity distribution and temperature distribution in the object are different. The measurement accuracy is evaluated, and the humidity and temperature are measured. The influence of capillary force on the measurement of unsaturated porous layer with particle size of less than 1mm, the spatial resolution energy of MRI device, the intensity of NMR signal and the problem point of signal processing are discussed. Temperature measurement, analysis results, comparison, measurement accuracy evaluation method established Humidity measurement is necessary for research. Theoretical analysis and numerical calculation of heat and mass transfer phenomena in porous layers in cylindrical containers