混相流混合現象解明を目指した光吸収ベロシメトリー構築への挑戦

构建光吸收测速仪以阐明多相流混合现象的挑战

基本信息

批准号：
22K03901
负责人：
高橋秀治
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03901/
关键词：
混相流光吸収ベロシメトリー波長可変半導体レーザ可視化

项目摘要

2011年3月の福島第一原子力発電所事故では水素爆発が生じ過酷事故に至った。空気－水蒸気－水素系が混在する条件下では一定以上の水蒸気濃度では水素爆発は生じず水蒸気は水素燃焼を不活性化することが知られている。このような原子力を含む工業プロセスの安全・高度化のためには、多成分系流体の成分分布・温度・流速を可視化できるツール開発が必要とされている。一方で、近年、波長可変半導体レーザは、光源として量子物理や通信分野で注目を集めている。波長可変半導体レーザを用いることで、波長掃引を行い、流体の光吸収スペクトルを瞬時に取ることができ、掃引速度はミリ秒オーダーとすることで非常に応答性が高く、装置構成もシンプルであることから可搬性に優れる。そこで、本研究では、多成分系流体の成分・濃度・温度・流速を可視化可能なツール開発を目指して、多成分流体に波長可変半導体レーザを照射し、光吸収分光法により、流体の成分・濃度・温度・流速を可視化する手法を開発し、工業プロセスの安全・高度化及び、混相流の混合流動現象解明へ貢献するため、本年度は、研究計画通り、既有の圧力容器へ単一のレーザ光ビームのみのシングルレーザパス条件にて、レーザを透過させ、圧力一定条件下で気相の温度計測実験を行った。その後、計測アルゴリズムの開発を行い、温度・濃度計測手法構築へ向けた開発と原理実証、有効性評価を行うことで、シングルレーザパス条件における温度・濃度の光吸収特性に関する基礎データを得ることができたとともに、本開発計測手法の有効性を明らかにした。

2011年3月福岛第一核电站事故引起氢气爆炸，酿成严重事故。已知在空气-蒸汽-氢气系统共存的条件下，水蒸气浓度高于一定水平时不会发生氢气爆炸，并且水蒸气使氢气燃烧失活。为了提高涉及核电的工业过程的安全性和复杂性，有必要开发能够可视化多组分流体的组分分布、温度和流速的工具。另一方面，近年来，波长可调谐半导体激光器作为量子物理和通信领域的光源而受到关注。通过使用波长可调谐半导体激光器，可以扫描波长并立即获得流体的光学吸收光谱。扫描速度为毫秒量级，从而导致极高的响应度和简单的装置配置。具有优良的便携性。因此，在本研究中，我们的目标是开发一种能够可视化多元流体的成分、浓度、温度和流速的工具。我们用波长可调谐半导体激光器照射多元流体，并利用光学吸收光谱来确定流体的成分开发了一种可视化浓度、温度和流量的方法，并改进了工业流程。为了促进系统的安全性和复杂性以及阐明多相流中的混合流现象，今年，根据研究计划，我们将在单次激光通过条件下使用激光束进入现有压力容器进行实验。在恒压条件下测量气相温度。之后，我们开发了测量算法，演示了原理，并评估了温度/浓度测量方法的有效性，从而获得了单次激光通过条件下温度和浓度的光学吸收特性的基础数据。开发的测量方法。