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

海底提矿流量保障及压力损失最小化技术研究

• 批准号: 21H04590
• 负责人: 正信 聡太郎
• 金额: $ 25.63万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04590/
• 关键词: 海洋鉱物資源開発; フローアシュアランス分析; 超音波計測技術; 圧力損失最小化技術; 水中線状構造物挙動; 超音波計測; 圧力損失最小化; 水中線状構造物

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。

为了建立对海洋矿产资源开发中发挥核心作用的矿石提升装置的设计和操作至关重要的流动保证分析技术，本研究旨在开发一种专有的超声波测量技术来检测内部脉动的固体。我们将阐明频谱空间中液体两相流的流动条件与压力损失之间的因果关系，并构建可应用于流量保证分析的压力损失估计方法。此外，我们将开发一种可以减少压力损失的控制装置，并构建考虑与内部流动相互作用的水下线性结构的响应预测方法。本年度主要完成了以下工作。 【压降估算技术】我们使用直径为25A和80A的圆管从垂直到水平倾斜进行固液两相流传递实验。我们开发了一个程序来估计脉动期间的压力损失，并通过与直径为 25A 的实验结果进行比较，证实了该程序的有效性。此外，我们开发了直管（包括斜管）脉动流期间的时域压力损失估算程序。对于超声波测量，我们开发了一种通过直接分析颗粒散射回波的波形来估计颗粒位置和颗粒尺寸的方法。从多普勒频移测量了管内粒子的速度分布及其脉动效应，还测量了平均速度分布和脉动频率。我们还开发了一种使用超声波纺丝流变仪测量高浓度颗粒的有效粘度的方法。 [压力损失最小化技术] 研究发现，在倾斜管内，颗粒呈现垂直分层的数密度分布，并且颗粒速度分布在管轴方向上具有缓慢的空间过渡。这表明压降具有与粒子动量差相关的局部分布。 [水下线性结构的响应预测方法] 我们研究了基于有限元法的响应预测方法的改进，并开发了基于斜坡质量法的响应预测方法的基本算法。此外，我们还举办了研讨会，邀请外部专家提出研究进展中的问题，并听取对未来研究计划的建议。

项目成果

Overview of Ultrasonic Spinning Rheometry: Application to Complex Fluids

超声波纺丝流变测量概述：在复杂流体中的应用

• DOI: 10.1678/rheology.50.3
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 1.3
• 作者: T.Yoshida; Y.Tasaka; K.Ohie; Y.Murai
• 通讯作者: Y.Murai

Study on Large Particle Slurry Transport in Inclined Pipes with Pulsating Flow for Subsea Mining

海底采矿脉动流斜管输送大颗粒矿浆研究

• 发表时间: 2023
• 作者: S. Masanobu; S. Takano; M. Yamamoto; Y. Murai; Y. Tasaka; H. J. Park
• 通讯作者: H. J. Park

Online rheological measurement of dilute liquid-solid two-phase flow with ultrasound Doppler technique

超声多普勒技术在线稀液固两相流流变测量

• DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2023.102326
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 2.2
• 作者: C.Tan; H.Zhang; F.Dong; Y.Murai
• 通讯作者: Y.Murai

非等方微粒子の混入がもたらす懸濁液の実効粘度変調

包含各向异性颗粒可有效调节悬浮液的粘度

• 发表时间: 2022
• 作者: 陳博志; 高野哲秀; 大家広平; 堀本康文; 朴炫珍; 田坂裕司; 村井祐一
• 通讯作者: 村井祐一

Overview of Ultrasonic Spinning Rheometry: Application to Complex Fluids

超声波纺丝流变测量概述：在复杂流体中的应用

• DOI: 10.1678/rheology.50.3
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 1.3
• 作者: T.Yoshida; Y.Tasaka; K.Ohie; Y.Murai
• 通讯作者: Y.Murai