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Paradigm shift in measurement techniques for thermophysical properties of molten metal using simulation/experiment assimilation approach

使用模拟/实验同化方法测量熔融金属热物理性质的技术范式转变

基本信息

批准号：
22K18898
负责人：
阿部圭晃
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

溶融金属をコニカルノズル内でガスジェットにより浮遊させる際の安定性を調べるため，溶融金属を剛体球と仮定した数値解析を行った．これまで硫化銅の溶融温度である1300K程度に限定して浮遊安定性を解析していたが，新たに複数の温度域（700K-1600K）で浮遊解析を実施した．その結果，鉛直方向の釣り合い位置（平衡点）は温度上昇と共に上方へと移ること，水平方向には全ての温度域で安定性を持つものの，上方で保持される場合には試料直径の10%程度の振幅で横揺れを生じることを見出した．これにより，硫化銅だけでなく異なる溶融温度を持つ金属や酸化物を対象とした浮遊安定性・平衡点を予測することが出来るようになった．また，ガスジェットからの流体力を考慮し溶融体の浮遊変形解析を行うことで，ガス浮遊法で用いられる表面張力モデルの精度を評価可能とした．具体的には，表面振動を計測し球面調和関数により表面張力係数を近似的に求めるモデルである．従来モデルは溶融体にはたらく外力（重力や流体力）が無いと仮定したものであり，外力が存在すると予測精度が低下することが分かった．これに対し，溶融体にはたらく流体力を考慮した修正モデルを提案し，表面張力係数の予測精度が大幅に向上することが示された．また，提案した修正モデルの適用範囲はボンド数によって整理出来ることも明らかとなり，密度の異なる物質に対しても適用性があることが示された．ここまでの成果は国際学会3件，国内学会１件の発表を行った．

Melted metal is a rigid body, and its stability is regulated. The melting temperature of copper sulfide is limited to 1300K, and the analysis of floating stability is carried out in a new temperature range (700 K-1600 K). As a result, the vertical position (equilibrium point) shifts upward from the temperature rise, and the horizontal position shifts upward from the stability in the temperature range. For copper sulfide, the melting temperature is different from that of metal and acid. For example, the stability of suspension and equilibrium point are predicted. In addition, the accuracy of the surface tension analysis of the suspension method can be evaluated by considering the hydrodynamic force of the suspension method. For details, surface vibration measurement, spherical harmonic relationship, surface tension coefficient approximation, etc. The external force (gravity and fluid force) is not stable. The external force exists. The prediction accuracy is low. The prediction accuracy of the surface tension coefficient is greatly improved. For example, if the number of particles in a particle is different from the density of the particle, the particle size of the particle is different from that of the particle. The achievements of the international society are 3, and the domestic society is 1.