顔写真

イシモト ジユン
石本 淳
Jun Ishimoto
所属
流体科学研究所 附属統合流動科学国際研究教育センター 混相流動エネルギー研究分野
職名
教授
学位
  • 博士(工学)(東北大学)

  • 修士(工学)(東北大学)

経歴 5

  • 2012年4月 ~ 継続中
    東北大学 流体科学研究所 教授

  • 1999年4月 ~ 2005年3月
    弘前大学理工学部知能機械システム工学科 助教授

  • 1996年5月 ~ 1999年3月
    東北大学流体科学研究所 助手

  • 1995年4月 ~ 1996年4月
    日本学術振興会特別研究員(PD)

  • 2005年4月 ~
    東北大学流体科学研究所 助教授

学歴 1

  • 東北大学 工学研究科 機械工学第二専攻

    ~ 1995年3月

委員歴 25

  • 日本機械学会 交通・物流部門代議員

    2014年4月 ~ 2016年3月

  • 日本機械学会 交通・物流部門代議員

    2014年4月 ~ 2016年3月

  • 日本混相流学会 評議員

    2014年4月 ~ 2015年3月

  • 日本混相流学会 評議員

    2014年4月 ~ 2015年3月

  • 日本機械学会 2014年度(第92期)計算力学部門 計算力学講演会担当委員会(2014) 委員

    2014年1月 ~ 2015年3月

  • 日本機械学会 2014年度(第92期)計算力学部門 計算力学講演会担当委員会(2014) 委員

    2014年1月 ~ 2015年3月

  • 12th International Conference on Magnetic Fluids, Sendai, Japan 実行委員

    2008年4月 ~ 2010年8月

  • 12th International Conference on Magnetic Fluids, Sendai, Japan 実行委員

    2008年4月 ~ 2010年8月

  • 国際宇宙ステーション・きぼう利用推進委員会 領域別パネルレビューア 領域別パネルレビューア

    2009年4月 ~ 2010年3月

  • 国際宇宙ステーション・きぼう利用推進委員会 領域別パネルレビューア 領域別パネルレビューア

    2009年4月 ~ 2010年3月

  • 日本機械学会 2009年度年次大会実行委員

    2008年4月 ~ 2009年10月

  • 日本機械学会 2009年度年次大会実行委員

    2008年4月 ~ 2009年10月

  • 日本混相流学会 評議員

    2004年4月 ~ 2005年3月

  • 日本混相流学会 評議員

    2004年4月 ~ 2005年3月

  • 日本機械学会 代表会員

    2020年4月 ~

  • 日本混相流学会 研究企画委員会 サステナブル異分野融合型混相流 分科会 主査

    2010年8月 ~

  • 日本混相流学会 研究企画委員会 サステナブル異分野融合型混相流 分科会 主査

    2010年8月 ~

  • 日本混相流学会 論文審査委員

    2010年7月 ~

  • 日本混相流学会 論文審査委員

    2010年7月 ~

  • 日本機械学会 第88期 産業・化学機械と安全部門 代議員

    2010年4月 ~

  • 日本機械学会 第88期(2010年度)流体工学部門運営委員 運営委員

    2010年4月 ~

  • 日本機械学会 第88期 産業・化学機械と安全部門 代議員

    2010年4月 ~

  • 日本機械学会 第88期(2010年度)流体工学部門運営委員 運営委員

    2010年4月 ~

  • 日本機械学会・宇宙工学部門運営委員 第3企画委員会委員長

    2008年4月 ~

  • 日本機械学会・宇宙工学部門運営委員 第3企画委員会委員長

    2008年4月 ~

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所属学協会 9

  • 低温生物工学会

  • 自動車技術会

  • 日本流体力学会

  • 可視化情報学会

  • 日本航空宇宙学会

  • 低温工学会

  • 日本混相流学会

  • ASME (アメリカ機械学会)

  • 日本機械学会

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研究キーワード 5

  • 数値流体力学

  • 微粒化

  • 極低温流体

  • 流体工学

  • 混相流

研究分野 4

  • ナノテク・材料 / エネルギー化学 /

  • フロンティア(航空・船舶) / 航空宇宙工学 /

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 熱工学 /

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 流体工学 /

受賞 10

  1. WHEC Awards for Excellence Presentation

    2014年6月20日 WHEC Supercomputing of Safety and Risk Assessment for Multiphase High Density Hydrogen

  2. 日本機械学会流体工学部門フロンティア表彰

    2010年10月30日 日本機械学会

  3. Cryogenics Best Paper Award 2009

    2010年7月22日 Elsevier B.V.

  4. 可視化情報学会第20期映像賞・フラッシュオブザイヤー

    2009年7月21日 (社) 可視化情報学会 マイクロキャビテーションを伴うガソリンインジェクター乱流噴霧微粒化プロセスに関する融合可視化シミュレーション

  5. 日本混相流学会賞「技術賞」

    2008年8月9日 日本混相流学会 極低温スラッシュ流体を利用した混相冷却法の開発

  6. 日本混相流学会論文賞

    2003年7月 日本混相流学会 多流体モデルを用いた液体ヘリウム管内二相流の数値解析

  7. インテリジェントコスモス奨励賞

    2003年5月 インテリジェントコスモス財団 超流動ヘリウムキャビテーション流れの活用による新型冷却システムの開発

  8. 日本混相流学会萌芽賞

    1998年7月 日本混相流学会 磁性流体気液二相流を用いたエネルギー変換システムに関する研究

  9. 日本混相流学会ベストプレゼンテーション賞

    1996年7月 日本混相流学会 磁性流体気液二相流における非線形波動の伝播に関する研究

  10. 日本機械学会賞(研究奨励賞)

    1996年5月 日本機械学会 磁性流体沸騰二相流を用いたエネルギー変換システムに関する研究

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論文 178

  1. Coupled computing for reactive hydrogen leakage phenomena with crack propagation in a pressure tank

    Jun Ishimoto, Satoru Shimada

    International Journal of Hydrogen Energy 47 (4) 2735-2758 2022年1月12日

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.10.167  

    ISSN:0360-3199

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    This research focuses on reactive hydrogen leakage due to the fracturing of high-pressure hydrogen tanks to develop a coupled computing method that can simultaneously perform reactive fluid-structure interaction analyses. The integrated computational approach to reactive hydrogen leakage with combustion due to wall crack propagation was implemented using a hybrid of the coupled particle and Eulerian methods. This computational method provides valuable safety information for predicting crack propagation and hydrogen leakage with combustion reaction in pressure tanks as an essential part of assessing hydrogen as an energy vector. As a result, the effect of crack formation and wall boundary conditions on hydrogen turbulent diffusion and concentration distribution and the thermodynamic behavior of the chemical reaction were predicted computationally. It was found that a combustion reaction does not occur near the streamwise axis at the duct center because there is an excess of hydrogen fuel, which increases scalar dissipation, and that the combustion reaction separated into upper and lower regions as it proceeded.

  2. The cooling performance of the micro-solid nitrogen spray technique on the cryopreservation vitrification process: A qualitative study

    Przemysław Smakulski, Jun Ishimoto, Sławomir Pietrowicz

    International Journal of Heat and Mass Transfer 184 2022年3月

    DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122253  

    ISSN:0017-9310

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    The qualitative mechanism of heat transfer during the cooling process by spraying Micro-Solid Nitrogen (MSN2) together with the capability to vitrify a large-volume of samples is experimentally investigated in the article. The experiments were carried out on three samples: one was a 30 30 × 0.1 mm copper plate attached to a 6.75 ml container filled with distilled water, the second was a 25 × 25 × 3 mm ceramic heater with a 15 × 15 × 0.4 mm heat flux sensor installed on top, and the third with a recess of 10 × 10 × 1 mm to test the vitrification capabilities of large-volume biological samples. Thermal characteristic experiments were performed for three initial wall temperatures of 278, 313, and 373 K, respectively. The cooling rate achieved by the MSN2 spray ranges from between 3.97 K/s up to 47 K/s and depends on the specific wall temperature range. The results of the experimental data show an average three times higher value of heat flux by using MSN2 compared to the boiling pool of Liquid Nitrogen (LN2) within the same temperature range. The investigation exposed the second local maximum of heat flux in the wall superheat temperatures between 30 K and 300 K, which is shifted from the Critical Heat Flux (CHF) point towards higher temperatures. The vitrification of the sample was achieved using a cell-free liquid solution with 7 mol/L for both dimethyl sulfoxide (Me2SO) and glycerin agents. The average cooling rate for the vitrified samples during the experiments ranges from between 2 - 4 K/s and is about 3 to 6 times higher than the cooling rate of similar volume samples known from the literature.

  3. Numerical analysis of the effect of bubble distribution on multiple-bubble behavior 査読有り

    61 104818-104818 2020年3月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1016/j.ultsonch.2019.104818  

    ISSN:1350-4177

  4. Experiment and Numerical Analysis of a Rotating Hollow Cylinder in Free Flight 査読有り

    Yusuke Naito, Romain Montini, Hirochika Tanigawa, Jun Ishimoto, Masami Nakano, Katsuya Hirata

    Advances in Hydroinformatics 923-936 2020年

    出版者・発行元:Springer Singapore

    DOI: 10.1007/978-981-15-5436-0_70  

    ISSN:2364-6934

    eISSN:2364-8198

  5. CFD Analysis of Mechanisms Underlying the Porosity-reducing Effect of Atomized Flows in High-pressure Die Cast Products 査読有り

    Eitaro Koya, Masahiko Nakagawa, Shinya Kitagawa, Jun Ishimoto, Yoshikatsu Nakano, Naoya Ochiai

    MATEC Web of Conferences 326 06006-06006 2020年

    出版者・発行元:EDP Sciences

    DOI: 10.1051/matecconf/202032606006  

    eISSN:2261-236X

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    In high-pressure die casting, attention has been paid to the J factor, which is defined by the speed of the metal injected at the gate and the shape of the gate. In casting experiments using a piston die, the porosity of the product can be reduced by increasing the J factor such that the metal flow passing through the gate forms an atomized flow. To clarify the underlying mechanisms, we developed a system for simulating a two-phase flow of air and aluminum by large-scale calculations of turbulent flow. During the development of the system, we injected metal into an open space and performed imaging to confirm the state of the atomized flow. The system was then verified by reproducing the atomized flow. The analysis results visualized the many small turbulent vortices generated in the thick part far from the gate. We demonstrated that the change from small to longitudinal vortices promoted entrainment of air into the aluminum and increased the efficiency of air expulsion outside the die through an increase in the J factor.

  6. Coupled particle and Euler method for leaked hydrogen-air mixing with crack propagation of pressure vessel 査読有り

    Proceedings of the 8th European-Japanese Two-Phase Flow Group Meeting, The Watson Hotel in Manhattan, 22nd – 26th, April, 2018, New York, USA. [in USB memory] 2018年4月

  7. Atomization in High-Pressure Die Casting - Step 2 Simulation of Atomized Flow of Molten Aluminum by LES-VOF Method 査読有り

    Eitaro Koya, Masahiko Nakagawa, Shinya Kitagawa, Jun Ishimoto, Yoshikatsu Nakano, Naoya Ochiai

    SAE Technical Papers 2018- 2018年

    出版者・発行元:SAE International

    DOI: 10.4271/2018-01-1393  

    ISSN:0148-7191

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    The atomization of molten aluminum when injected during high-pressure die casting is analyzed to determine its effect in enhancing the strength of the product being cast. In the previously reported first step of this study, molten aluminum was injected into open space and its atomization was observed photographically. Now in the second step of the study, a simulation is conducted to determine how the molten aluminum becomes atomized at the injection nozzle (gate) and how this atomized material flows and fills the cavity. A new simulation method is developed based on large-eddy simulation coupled with the volume-of-fluid method. The simulation system is verified by comparing its output with photographs taken in the first step of the study. Simulations are then conducted using an approximation of a real cavity to visualize how it is filled by the atomized molten aluminum. The results show that the atomized material is conveyed through the cavity as a multiphase flow containing fine air bubbles, and that this multiphase flow persists until filling is complete.

  8. Research of Atomization Phenomena in HPDC-Step 1 Feature of Gas Porosity Dispersion and Photography of Atomized Flow 査読有り

    Eitaro Koya, Masahiko Nakagawa, Shinya Kitagawa, Jun Ishimoto, Yoshikatsu Nakano, Naoya Ochiai

    SAE Technical Papers 2018- 2018年

    出版者・発行元:SAE International

    DOI: 10.4271/2018-01-1392  

    ISSN:0148-7191

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    In recent years, studies have been conducted on the relationship between the J factor, which indicates flow of molten aluminum at the time of injection, and the quality of HPDC products. The flow of molten metal at a high J factor is referred to as "Atomized Flow." The authors and others conducted studies on the relationship between the J factor and the strength of HPDC products. An area exceeding 300MPa was found in the product produced at a high J factor corresponding to the "Atomized Flow." The defect was less in the above-mentioned position because the gas porosity was finely dispersed. Considering that the fine dispersion of gas porosity is related to the "Atomized Flow", pictures were taken to analyze "Atomized Flow." The molten aluminum was ejected into an open space at a high speed and the splashed conditions were photographed. From the images taken by the pulse laser permeation, the conditions of microscopic atomized flow were observed precisely. It has been revealed from the pictures that the molten aluminum is atomized at the injection nozzle (gate) at the time of high speed injection, as well as clarifying the procedures through which the atomization occurs in the HPDC.

  9. Numerical research of solidification dynamics with anisotropy and thermal fluctuations 査読有り

    MATEC Web of Conferences 240 (05028) 2018年

    DOI: 10.1051/matecconf/201824005028  

  10. Vitrification of Biological Cells Using a Cryogenic Fine Solid Particulate Spray 査読有り

    Jun ISHIMOTO

    Interdisciplinary Information Sciences 2017年8月5日

    DOI: 10.4036/iis.2017.S.01  

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    We have developed a cryopreservation method that uses a single-component super-adiabatic two-fluid de Laval nozzle for the continuous production of solid nitrogen particles with a micro-nano-order particle size. The cell viability results showed that use of the solid nitrogen spray improved cell viability at the time of thawing by more than 20% compared with the conventional liquid nitrogen immersion freezing method. By using the present dynamic spray cooling method that avails of the synergistic effect of impingement heat transfer, convective heat transfer, and evaporation latent heat transfer of solid nitrogen particles, the new vitrification method reduces the cell membrane disruption caused by ice nucleation, crystal growth, and volume expansion.

  11. Numerical investigation of multiple-bubble behavior and induced pressure in a megasonic field 査読有り

    N. Ochiai, J. Ishimoto

    Journal of Fluid Mechanics 818 562-594 2017年4月

    DOI: 10.1017/jfm.2017.154  

  12. Computational approach for hydrogen leakage with crack propagation of pressure vessel wall using coupled particle and Euler method 査読有り

    Jun Ishimoto, Toshinori Sato, Alain Combescure

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY 42 (15) 10656-10682 2017年4月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.01.161  

    ISSN:0360-3199

    eISSN:1879-3487

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    New computational approach for hydrogen leakage with wall crack propagation problem was conducted by using a hybrid of the coupled particle and Eulerian methods. This computational method provides useful safety information for predicting crack propagation and hydrogen leakage in pressure vessels as an important part of assessing hydrogen as an energy vector. The present computational analysis procedures consisted of two main parts. The first part was crack propagation analysis of a thin square plate, which simulated the wall of a high-pressure hydrogen vessel by using a particle method. The crack propagation was analyzed in high-pressure tank walls under two different types of initial conditions, and in both cases, the direction of crack propagation was freely determined by the direction of the stress field. This confirms the superiority of particle methods for modeling destructive phenomena. After the crack propagation analysis, the particle location and coordinate data of the barrier wall were converted to Euler mesh data. The geometric data of particle location were fitted to Euler numerical space, which was used for simulating high-pressure hydrogen leakage into air at atmospheric pressure. The differences and features of hydrogen diffusion during hydrogen leakage were analyzed for two types of wall data and two types of boundary conditions, as a result, the effect of wall boundaries on the hydrogen concentration distribution was computationally predicted. (C) 2017 Hydrogen Energy Publications LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  13. Integrated Computational Study for Total Atomization Process of Primary Breakup to Spray Droplet Formation in Injector Nozzle 査読有り

    N. Ochiai, J. Ishimoto, A. Arioka, N. Yamaguchi, Y. Sasaki, N. Furukawa

    SAE Technical Paper 2016-01-2202 2016年10月

    DOI: 10.4271/2016-01-2202  

  14. Computational Study of Unsteady Cavitation in High-Speed Submerged Water Jet

    N. Ochiai, J. Ishimoto

    Proceedings of Thirteenth International Conference on Flow Dynamics 254-255 2016年10月

  15. Supercomputing of Multiscale Multiphase Flow Related to Industrial Field and Natural Disaster Problems 招待有り 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the 11th Korea-Japan CFD Workshop (KJCFD2015) 2015年12月16日

  16. Computational study of the dynamics of two interacting bubbles in a megasonic field 査読有り

    Naoya Ochiai, Jun Ishimoto

    ULTRASONICS SONOCHEMISTRY 26 351-360 2015年9月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/j.ultsonch.2015.04.005  

    ISSN:1350-4177

    eISSN:1873-2828

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    Clarification of the mechanism of particle removal by megasonic cleaning and control of cavitation bubbles in the megasonic field are essential for cleaning of nanodevices without pattern damage. Multiple bubble interactions complicate the mechanism of particle removal. Therefore, it is important to understand multiple bubble dynamics to clarify the mechanism of particle removal by megasonic cleaning. In the present study, the dynamics of two bubbles in a megasonic field with several initial radii and initial separation distances were simulated by numerical analysis using a compressible locally homogeneous model of a gas-liquid two-phase medium. The present numerical method simulated the various complex behaviors of two bubbles, which are repulsive motion, coalescence, periodic and stable motion of the separation distance, and bubble breakup. The initial separation distance strongly affected the behavior of the two bubbles because the effect of the secondary pressure induced by the oscillation of one bubble on the other bubble depends on the separation distance. In particular, when the equilibrium radii are larger than the resonant radius and the radius of one or both bubbles is close to the resonant radius, the bubbles can show characteristic behaviors, such as periodic and stable motion of the separation distance. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

  17. Innovative glass freezing technologies of biological cell using cryogenic solid particulate spray 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the CRYO2015 - the 52nd Annual Meeting of the Society for Cryobiology, July 26-29, 2015, Clarion Congress Hotel Ostrava, Ostrava-Zábřeh, Czech Republic. [in USB memory] 2015年7月

  18. Cryogenic solid nitrogen particle production through Laval nozzle and its impingement behavior with phase change 招待有り 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the EMN Meeting on Droplets 2015, May 8-11, 2015, Phuket, Thailand. [in USB memory] 2015年5月8日

  19. Dynamic restriction mechanism for the upper limit of exhaust flow rates in the real-time sensing-based forced ventilation control of leaking hydrogen 査読有り

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY 40 (12) 4401-4411 2015年4月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.01.092  

    ISSN:0360-3199

    eISSN:1879-3487

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    We propose a novel control algorithm for hydrogen ventilation, utilizing a dynamic restriction mechanism for the upper limit of exhaust flow rates, extending the real-time sensing-based forced ventilation control algorithm of leaking hydrogen we proposed previously for a partially open space. This upper limit is determined using a correlation between hydrogen concentrations sampled near the ceiling, close to a leak source, and the upper boundary of the region of acceptable exhaust flow rates for various leak flow rates. We apply the algorithm to numerical simulations of hydrogen ventilation in a partially open space with low-height openings, varying leak flow rates and sensor arrangements. Results show that this algorithm works successfully. Copyright (C) 2015, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  20. Earthquake - supercomputing and scale modeling the effect of flotsam mixed tsunami: Implications for tsunami generated by the 2011 great east coast earthquake 査読有り

    Jun Ishimoto, Kozo Saito

    Progress in Scale Modeling, Volume II: Selections from the International Symposia on Scale Modeling, ISSM VI (2009) and ISSM VII (2013) 2 45-55 2015年1月1日

    出版者・発行元:Springer International Publishing

    DOI: 10.1007/978-3-319-10308-2_3  

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    The behavior of flotsam mixed tsunami is investigated by a new type of integrated super computation using arbitrary Lagrangian–Eulerian method (ALE method) and smoothed particle hydrodynamics method (SPH method). The fully hydrodynamic governing equations without shallow-water theory were used to calculate tsunami characteristics of water flow with flotsam and debris. Our ALE model predicted the effect of fluid–solid coupled interaction in a limited region, and the model predictions were favorably compared with the scale modeling analysis. This study, our first attempt to simulate the degree of damage caused by the flotsam mixed tsunami, can help optimize the strength of seashore buildings and structures against future tsunami threats. This study also can help estimate structural damage that can be caused by large-scale natural disasters, like hurricanes, storms, and tornados, and help to develop effective mitigation tools and systems.

  21. Computational prediction of cryogenic micro-nano solid nitrogen particle production using Laval nozzle for physical photo resist removal-cleaning technology 査読有り

    Jun Ishimoto, Haruto Abe, Naoya Ochiai

    PROCEEDINGS OF THE 25TH INTERNATIONAL CRYOGENIC ENGINEERING CONFERENCE AND INTERNATIONAL CRYOGENIC MATERIALS CONFERENCE 2014 67 607-612 2015年

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/j.phpro.2015.06.103  

    ISSN:1875-3892

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    The fundamental characteristics of the cryogenic single-component micro-nano solid nitrogen (SN2) particle production using super adiabatic Laval nozzle and its application to the physical photo resist removal-cleaning technology are investigated by a new type of integrated measurement coupled computational technique. As a result of present computation, it is found that high-speed ultra-fine SN2 particles are continuously generated due to the freezing of liquid nitrogen (LN2) droplets induced by rapid adiabatic expansion of transonic subcooled two-phase nitrogen flow passing through the Laval nozzle. Furthermore, the effect of SN2 particle diameter, injection velocity, and attack angle to the wafer substrate on resist removal-cleaning performance is investigated in detail by integrated measurement coupled computational technique. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V.

  22. Development of Environmental Harmony Resist Removal System using Cryogenic Particulate Spray 査読有り

    Jun Ishimoto, Hideo Horibe

    JOURNAL OF PHOTOPOLYMER SCIENCE AND TECHNOLOGY 28 (2) 285-288 2015年

    出版者・発行元:TECHNICAL ASSOC PHOTOPOLYMERS,JAPAN

    DOI: 10.2494/photopolymer.28.285  

    ISSN:0914-9244

  23. Earthquake - supercomputing and scale modeling the effect of flotsam mixed tsunami: Implications for tsunami generated by the 2011 great east coast earthquake 査読有り

    Jun Ishimoto, Kozo Saito

    Progress in Scale Modeling, Volume II: Selections from the International Symposia on Scale Modeling, ISSM VI (2009) and ISSM VII (2013) 2 45-55 2015年1月1日

    出版者・発行元:Springer International Publishing

    DOI: 10.1007/978-3-319-10308-2_3  

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    The behavior of flotsam mixed tsunami is investigated by a new type of integrated super computation using arbitrary Lagrangian–Eulerian method (ALE method) and smoothed particle hydrodynamics method (SPH method). The fully hydrodynamic governing equations without shallow-water theory were used to calculate tsunami characteristics of water flow with flotsam and debris. Our ALE model predicted the effect of fluid–solid coupled interaction in a limited region, and the model predictions were favorably compared with the scale modeling analysis. This study, our first attempt to simulate the degree of damage caused by the flotsam mixed tsunami, can help optimize the strength of seashore buildings and structures against future tsunami threats. This study also can help estimate structural damage that can be caused by large-scale natural disasters, like hurricanes, storms, and tornados, and help to develop effective mitigation tools and systems.

  24. 粒子法を用いた雪の特性モデリングと挙動シミュレーション 第2報 査読有り

    山本 洋佑, 石本 淳, 落合 直哉

    混相流(混相流研究の進展),Vol. 28, No. 5 (2015) pp. 563-568. http://doi.org/10.3811/jjmf.28.563. 28 (5) 563-568 2015年1月

    DOI: 10.3811/jjmf.28.563  

  25. SNOW PROPERTY MODELING AND ITS APPLICATION TO PARTICULATE ICE-SNOW FLOW COMPUTING IN SNOWBLOWER 査読有り

    Yosuke Yamamoto, Jun Ishimoto, Naoya Ochiai

    PARTICLE-BASED METHODS IV-FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS 410-418 2015年

    出版者・発行元:INT CENTER NUMERICAL METHODS ENGINEERING

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    Snow properties are influenced by climate or region. For the efficient development of a snowblower, stable and quantitative performance evaluation method is required. We tried to reproduce the snow removal work using the Discrete Element Method (DEM) in this study. In addition to the conventional DEM, we developed potential model for reproducing the compaction of snow and air drag model to consider the properties of actual snow. And we have improved the snow property model for fallen snow simulation. As a result of present computational method, it was clarified that the detailed snow behavior in relation to snowblower can be successfully reproduced by simulation using the DEM. The obtained computational results were compared with the experimental results, and found that both results exhibit reasonable agreements. Therefore, we have succeeded in the computational reproduction of quantitative snow behavior in a snowblower using new snow property model.

  26. Supercomputing of tsunami damage mitigation by offshore mega floating structures 招待有り 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the International Innovation Workshop on Tsunami, Snow Avalanche and Flash Flood Energy Dissipation, Oct. 20-21, 2014, Chamonix, France. 2014年10月21日

  27. Numerical Investigation of Two Interacting Bubbles Behavior in a Megasonic Field

    Naoya Ochiai, Jun Ishimoto

    Proc. 11th International Conference on Flow Dynamics 2014年10月10日

  28. Computational Study of Bubble Behavior for Clarification of Particle Removal Mechanism in Megasonic Cleaning

    Naoya Ochiai, Jun Ishimoto, Jin-Goo Park

    Proc. Fourteenth International Symposium on Advanced Fluid Information 2014年10月

  29. Development of Thermomechanical Resist Removal-Cleaning Technology using Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Spray

    Jun Ishimoto, Hideo Horibe

    Proceedings of the 11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  30. Dynamic Simulation of Snowblower in Consideration of Snow Characteristic

    Yosuke Yamamoto, Jun Ishimoto, Naoya Ochiai

    The Second International Symposium on Innovative Energy Research III, Multiphase Energy Science and Risk Mitigation 2014年10月

  31. Numerical Prediction of Compressible Vapor Flow with LDI Erosion

    Jun Ishimoto, Kazuo Matsuura, Kozo Saito

    Proceedings of the 11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  32. Numerical Study of Flotsam Mixed Tsunami and Tsunami Scale Modeling

    Jun Ishimoto, Kozo Saito

    Proceedings of the 11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  33. Researches on a Sensing-based Dynamic Forced Ventilation Control of Leaking Hydrogen

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    Proceedings of the 11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  34. Multiphase High Density Hydrogen Energy and its Risk Assessment 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of The 20th World Hydrogen Energy Conference 2014, June 15-20, 2014, Kimdaejung Convention Center,Gwangju Metropolitan City, Korea. 2014年6月

  35. 粒子法を用いた雪の特性モデリングと挙動シミュレーション 査読有り

    山本洋佑, 石本淳, 落合直哉

    混相流研究の進展 未定 2014年4月

    DOI: 10.3811/jjmf.27.539  

  36. Coupled Supercomputing of Fluid and Structure Interaction Caused by Flotsam Mixed Tsunami 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the 1st International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems (COMPSAFE2014), Sendai International Center, 13-16 April 2014 in Sendai, Japan. 2014年4月

  37. Multiscale Coupled Supercomputing of Multiphase Fluid-Material Interaction

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the ELyT Workshop 2014 in Frejus, France, February 19 – 21, 2014 2014年2月20日

  38. Multiscale coupled computing of multiphase fluid-structure interaction

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the 2nd Core-to-Core Workshop ”Japan-China Joint Workshop on Bio, Material and Flow Dynamics, Feb. 27, 2014, IFS, Tohoku University, Sendai, Japan 2014年2月

  39. A6 メガソニック場中の二気泡間に作用する相互作用力に関する数値シミュレーション(口頭発表)

    落合 直哉, 石本 淳

    ソノケミストリー討論会講演論文集 23 11-12 2014年

    出版者・発行元:日本ソノケミストリー学会

    DOI: 10.20577/pamjss.23.0_11  

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    Megasonic cleaning, which uses higher frequency wave at and above 1 MHz, have been studied for efficient cleaning without pattern damage in semiconductor industry. It is necessary to understand multiple bubble behavior in megasonic field for clarification of particle removal mechanism and development of megasonic cleaning. Therefore, in the present study, numerical simulations of two oscillating bubble in megasonic field are performed using compressible locally homogeneous model of a gas-liquid two-phase model. In the case where the equilibrium radii are larger than the resonant radius, the direction of the interaction force between bubbles is found to be reversed due to the strong interaction force when the equilibrium radius is close to the resonant radius. The reversal of the direction results in the characteristic bubbles behavior in which the distance between the bubbles repeats the increasing and decreasing and converges to the constant value.

  40. Numerical Analysis of Single Bubble Behavior in a Megasonic Field by Non-Spherical Eulerian Simulation 査読有り

    Naoya Ochiai, Jun Ishimoto

    ECS JOURNAL OF SOLID STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY 3 (1) N3112-N3117 2014年

    出版者・発行元:ELECTROCHEMICAL SOC INC

    DOI: 10.1149/2.020401jss  

    ISSN:2162-8769

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    The mechanism of particle removal in megasonic cleaning needs to be clarified so that it can be controlled and used to clean nanodevices without causing pattern damage. Single bubble behavior in a standing megasonic wave was analyzed using a compressible locally homogeneous model of a gas-liquid two-phase medium. This simulation is the first step toward understanding the particle removal mechanism in megasonic cleaning. We confirmed that our numerical method simulated the characteristics of bubble translational motion in a standing wave, in which the direction of the movement due to the primary Bjerknes force changed at the resonant radius. When the initial position of the bubble was near a moving wall, even a bubble with a radius smaller than the resonant radius moved toward the pressure node. In the three-dimensional calculations, bubble collapse near a side wall induced a higher pressure on the side wall than the maximum pressure of the megasonic wave. The bubble dynamics calculation with gas diffusion indicated that the effect of the rectified diffusion was small because the effect of the dynamic bubble motion was dominant on a timescale of several milliseconds. (C) 2014 The Electrochemical Society. All rights reserved.

  41. Ultra-High Heat Flux Cooling Characteristics of Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Particles and Its Application to Semiconductor Wafer Cleaning Technology 査読有り

    Jun Ishimoto, U. Oh, Zhao Guanghan, Tomoki Koike, Naoya Ochiai

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING 1573 1099-1106 2014年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4860828  

    ISSN:0094-243X

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    The ultra-high heat flux cooling characteristics and impingement behavior of cryogenic micro-solid nitrogen (SN2) particles in relation to a heated wafer substrate were investigated for application to next generation semiconductor wafer cleaning technology. The fundamental characteristics of cooling heat transfer and photoresist removal-cleaning performance using micro-solid nitrogen particulate spray impinging on a heated substrate were numerically investigated and experimentally measured by a new type of integrated computational-experimental technique. This study contributes not only advanced cryogenic cooling technology for high thermal emission devices, but also to the field of nano device engineering including the semiconductor wafer cleaning technology.

  42. Photoresist Removal-Cleaning Technology Using Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Spray 査読有り

    Jun Ishimoto, U. Oh, Tomoki Koike, Naoya Ochiai

    ECS JOURNAL OF SOLID STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY 3 (1) N3046-N3053 2014年

    出版者・発行元:ELECTROCHEMICAL SOC INC

    DOI: 10.1149/2.009401jss  

    ISSN:2162-8769

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    The fundamental characteristics of a thermomechanical resist removal-cleaning system using cryogenic micro-nano solid nitrogen spray flow was investigated using a new type of integrated measurement coupled numerical technique. The effect of ultra-high heat flux cooling on the resist removal performance due to the thermal contraction of resist material was clarified. It was numerically predicted that resist removal performance could be improved by the scraping effect of impinging micro-solid nitrogen particle with plastic deformation in the narrow region between the resist. Furthermore, it was numerically and experimentally found that the hybrid interactive effects of fluid mechanical force by impingement of micro-solid particles and the thermomechanical effect due to ultra-high heat transfer characteristics contribute to the resist removal-cleaning process. (C) 2013 The Electrochemical Society. All rights reserved.

  43. Ultra-High Heat Flux Cooling Characteristics of Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Particles and Its Application to Semiconductor Wafer Cleaning Technology 査読有り

    Jun Ishimoto, U. Oh, Zhao Guanghan, Tomoki Koike, Naoya Ochiai

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING 1573 1099-1106 2014年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4860828  

    ISSN:0094-243X

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    The ultra-high heat flux cooling characteristics and impingement behavior of cryogenic micro-solid nitrogen (SN2) particles in relation to a heated wafer substrate were investigated for application to next generation semiconductor wafer cleaning technology. The fundamental characteristics of cooling heat transfer and photoresist removal-cleaning performance using micro-solid nitrogen particulate spray impinging on a heated substrate were numerically investigated and experimentally measured by a new type of integrated computational-experimental technique. This study contributes not only advanced cryogenic cooling technology for high thermal emission devices, but also to the field of nano device engineering including the semiconductor wafer cleaning technology.

  44. Ultra-High Heat Flux Cooling Characteristics of Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Particles and Its Application to Semiconductor Wafer Cleaning Technology 査読有り

    Jun Ishimoto, U. Oh, Zhao Guanghan, Tomoki Koike, Naoya Ochiai

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING 1573 1099-1106 2014年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4860828  

    ISSN:0094-243X

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    The ultra-high heat flux cooling characteristics and impingement behavior of cryogenic micro-solid nitrogen (SN2) particles in relation to a heated wafer substrate were investigated for application to next generation semiconductor wafer cleaning technology. The fundamental characteristics of cooling heat transfer and photoresist removal-cleaning performance using micro-solid nitrogen particulate spray impinging on a heated substrate were numerically investigated and experimentally measured by a new type of integrated computational-experimental technique. This study contributes not only advanced cryogenic cooling technology for high thermal emission devices, but also to the field of nano device engineering including the semiconductor wafer cleaning technology.

  45. Photoresist Removal-Cleaning Technology Using Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Spray 査読有り

    Jun Ishimoto, U. Oh, Tomoki Koike, Naoya Ochiai

    ECS JOURNAL OF SOLID STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY 3 (1) N3046-N3053 2014年

    出版者・発行元:ELECTROCHEMICAL SOC INC

    DOI: 10.1149/2.009401jss  

    ISSN:2162-8769

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    The fundamental characteristics of a thermomechanical resist removal-cleaning system using cryogenic micro-nano solid nitrogen spray flow was investigated using a new type of integrated measurement coupled numerical technique. The effect of ultra-high heat flux cooling on the resist removal performance due to the thermal contraction of resist material was clarified. It was numerically predicted that resist removal performance could be improved by the scraping effect of impinging micro-solid nitrogen particle with plastic deformation in the narrow region between the resist. Furthermore, it was numerically and experimentally found that the hybrid interactive effects of fluid mechanical force by impingement of micro-solid particles and the thermomechanical effect due to ultra-high heat transfer characteristics contribute to the resist removal-cleaning process. (C) 2013 The Electrochemical Society. All rights reserved.

  46. The Supercomputing of Fluid and Structure Interaction Caused by Natural Disasters

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the International Symposium on Smart Materials and Structures for Energy Saving, Nov. 27, 2013, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2013年11月27日

  47. Multiphase High Density Hydrogen Energy and its Risk Assessment 招待有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the International Symposium on Innovative Energy Research, Nov. 25, 2013, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2013年11月25日

  48. Computational Study of Bubble Behavior in Semiconductor Cleaning

    N. Ochiai, J. Ishimoto, J.-G. Park

    Proceedings of the Thirteenth International Symposium on Advanced Fluid Information 108-109 2013年11月

  49. Frontier Science of Next Generation Reactive Fluid

    Jun Ishimoto, Kaoru Maruta, Takehiko Sato

    Proceedings of the Tenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2013), Nov. 25-27, 2013, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2013年11月

  50. Numerical Study of High-Speed Condensable Vapor Flow with LDI Erosion

    Jun Ishimoto, Guanghao Wu, Kazuo Matsuura

    Proceedings of the Tenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2013), Nov. 25-27, 2013, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2013年11月

  51. Researches on a Sensing-Based Dynamic Forced Ventilation Control of Leaking Hydrogen

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    Proceedings of the Tenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2013), Nov. 25-27, 2013, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2013年11月

  52. Supercomputing and Scale Modeling of Flotsam Mixed Tsunami

    Jun Ishimoto, Kozo Saito

    Proceedings of the Tenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2013), Nov. 25-27, 2013, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2013年11月

  53. Ultra-High Heat Flux Cooling Characteristics of Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Particles

    Jun Ishimoto, Naoya Ochiai, Kozo Saito

    Proceedings of the Tenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2013), Nov. 25-27, 2013, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2013年11月

  54. Multiphase high density hydrogen energy and its risk mitigation, safety problems

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the KTH International Workshop on Flow Dynamics related to Energy, Aerospace and Material Processing, KTH, Stockholm, Sweden, September 10-11, 2013 2013年9月11日

  55. Supercomputing and Scale Modeling the Effect of Flotsam mixed Tsunami: Implication to Tsunami generated by The 2011 Great East Coast Earthquake 査読有り

    Jun Ishimoto, Kozo Saito

    Proceedings of the Sixth International Symposium on Scale Modeling (ISSM-6) August 6th-8th, 2013, Hirosaki Univ., Hirosaki, Japan. 2013年8月6日

  56. Physical Nano-Device Cleaning Technology Using Thermomechanical Effect of Cryogenic Solid Nitrogen

    U Oh, Jun Ishimoto, Jin-Goo Park

    Proceedings of the 2013 ELyT Laboratory Workshop in Zao To-o-gatta, Zao To-o-gatta, Japan, February 17-20, 2013. 2013年2月18日

  57. Numerical Study of Single Bubble Dynamics in Megasonic Field for New Physical Cleaning Method 査読有り

    N. Ochiai, J. Ishimoto

    SEMICONDUCTOR CLEANING SCIENCE AND TECHNOLOGY 13 (SCST 13) 58 (6) 77-85 2013年

    出版者・発行元:ELECTROCHEMICAL SOC INC

    DOI: 10.1149/05806.0077ecst  

    ISSN:1938-5862

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    The clarification of the mechanism and the control of a megasonic cleaning are necessary for the megasonic cleaning without pattern damage. In the present study, the numberical analysis of the bubble behavior in a megasonic field is performed to clarify the mechanism of the particle removal of megasonic cleaning. The bubble behavior in the standing wave of a megasonic wave is analysed using a compressible locally homogeneous model of a gas-liquid two-phase medium. The results show that the present numerical method if found to can simulate the characteristic of the bubble translational motion in a standing wave that the direction of the movement due to the primary Bjerknes force changes at the resonant radius. And the calculated wall pressure is higher than the exposed megasonic pressure, and the cavitationo is confirmed to influence the particle removal of megasonic cleaning.

  58. Cryogenic Single-Component Micro-Nano Solid Nitrogen Particle Production Using Laval Nozzle for Physical Resist Removal-Cleaning Process 査読有り

    J. Ishimoto, U. Oh, T. Koike, N. Ochiai

    SEMICONDUCTOR CLEANING SCIENCE AND TECHNOLOGY 13 (SCST 13) 58 (6) 231-239 2013年

    出版者・発行元:ELECTROCHEMICAL SOC INC

    DOI: 10.1149/05806.0231ecst  

    ISSN:1938-5862

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    The innovative characteristics of the cryogenic single-component micro-nano solid nitrogen (SN2) particle production using super adiabatic Laval nozzle and its application to the physical resist removal-cleaning process are investigated by a new type of integrated measurement coupled computational technique. The originality to be noted in the present study is that the continuous production of micro-nano SN2 particle is achieved by using single component gas-liquid two-phase flow of subcooled nitrogen through a Laval nozzle (converging-diverging nozzle). As a result of present computation, it is found that high-speed ultra-fine SN2 particle is continuously generated due to the freezing of liquid nitrogen (LN2) droplet induced by rapid adiabatic expansion of subsonic subcooled two-phase subcooled nitrogen flow passing through the Laval nozzle. Furthermore, the effect of SN2 particle diameter, injection velocity, and attack angle to the wafer substrate on resist removal-cleaning performance is investigated in detail by integrated measurement coupled computational technique.

  59. Cryogenic Single-Component Micro-Nano Solid Nitrogen Particle Production Using Laval Nozzle for Physical Resist Removal-Cleaning Process 査読有り

    J. Ishimoto, U. Oh, T. Koike, N. Ochiai

    SEMICONDUCTOR CLEANING SCIENCE AND TECHNOLOGY 13 (SCST 13) 58 (6) 231-239 2013年

    出版者・発行元:ELECTROCHEMICAL SOC INC

    DOI: 10.1149/05806.0231ecst  

    ISSN:1938-5862

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    The innovative characteristics of the cryogenic single-component micro-nano solid nitrogen (SN2) particle production using super adiabatic Laval nozzle and its application to the physical resist removal-cleaning process are investigated by a new type of integrated measurement coupled computational technique. The originality to be noted in the present study is that the continuous production of micro-nano SN2 particle is achieved by using single component gas-liquid two-phase flow of subcooled nitrogen through a Laval nozzle (converging-diverging nozzle). As a result of present computation, it is found that high-speed ultra-fine SN2 particle is continuously generated due to the freezing of liquid nitrogen (LN2) droplet induced by rapid adiabatic expansion of subsonic subcooled two-phase subcooled nitrogen flow passing through the Laval nozzle. Furthermore, the effect of SN2 particle diameter, injection velocity, and attack angle to the wafer substrate on resist removal-cleaning performance is investigated in detail by integrated measurement coupled computational technique.

  60. Super Computational Study of High-Speed Droplet-Vapor Flow and LDI Erosion

    Jun Ishimoto, Guanghao Wu, Kazuo Matsuura

    Proceedings of the 12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  61. Numerical Prediction of Cavitation Erosion Using a Coupled Analysis of Cavitating Flow Field and Bubbles

    Naoya Ochiai, Yuka Iga, Motohiko Nohmi, Toshiaki Ikohagi, Jun Ishimoto, Kozo Saito

    Proceedings of the 12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  62. Thermomechanical Nano Device Resist Removal-Cleaning Technology by Using Cryogenic Spray Flow of Solid Nitrogen

    U Oh, Jun Ishimoto, Jin-Goo Park

    Proceedings of the 12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  63. Integrated Research Collaboration for Frontier Science of Next Generation Reactive Fluid

    Jun Ishimoto, Kaoru Maruta, Takehiko Sato

    Proceedings of the 12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  64. Numerical Study of Influence of Initial Standoff Distance on Impulsive Pressure Induced by Single Bubble Collapse near Wall Boundary (Integration to the Next-generation Megasonic Cavitation Cleaning Technology)

    Naoya Ochiai, Yuka Iga, Motohiko Nohmi, Toshiyuki Ikohagi, Jun Ishimoto

    Proceedings of the 12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  65. Innovative Development of Frontier Multiphase Flow Systems by Reality Coupled Computation

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the 12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  66. Integrated computational study of ultra-high heat flux cooling using cryogenic micro-solid nitrogen spray 査読有り

    Jun Ishimoto, U. Oh, Daisuke Tan

    CRYOGENICS 52 (10) 505-517 2012年10月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.cryogenics.2012.07.002  

    ISSN:0011-2275

    eISSN:1879-2235

    詳細を見る 詳細を閉じる

    A new type of ultra-high heat flux cooling system using the atomized spray of cryogenic micro-solid nitrogen (SN2) particles produced by a superadiabatic two-fluid nozzle was developed and numerically investigated for application to next generation super computer processor thermal management. The fundamental characteristics of heat transfer and cooling performance of micro-solid nitrogen particulate spray impinging on a heated substrate were numerically investigated and experimentally measured by a new type of integrated computational-experimental technique. The employed Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis based on the Euler-Lagrange model is focused on the cryogenic spray behavior of atomized particulate micro-solid nitrogen and also on its ultra-high heat flux cooling characteristics. Based on the numerically predicted performance, a new type of cryogenic spray cooling technique for application to a ultra-high heat power density device was developed. In the present integrated computation, it is clarified that the cryogenic micro-solid spray cooling characteristics are affected by several factors of the heat transfer process of micro-solid spray which impinges on heated surface as well as by atomization behavior of micro-solid particles. When micro-SN2 spraying cooling was used, an ultra-high cooling heat flux level was achieved during operation, a better cooling performance than that with liquid nitrogen (LN2) spray cooling. As micro-SN2 cooling has the advantage of direct latent heat transport which avoids the film boiling state, the ultra-short time scale heat transfer in a thin boundary layer is more possible than in LN2 spray. The present numerical prediction of the micro-SN2 spray cooling heat flux profile can reasonably reproduce the measurement results of cooling wall heat flux profiles. The application of micro-solid spray as a refrigerant for next generation computer processors is anticipated, and its ultra-high heat flux technology is expected to result in an extensive improvement in the effective cooling performance of large scale supercomputer systems. (c) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  67. Integrated computational study of ultra-high heat flux cooling using cryogenic micro-solid nitrogen spray 査読有り

    Jun Ishimoto, U. Oh, Daisuke Tan

    CRYOGENICS 52 (10) 505-517 2012年10月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.cryogenics.2012.07.002  

    ISSN:0011-2275

    eISSN:1879-2235

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    A new type of ultra-high heat flux cooling system using the atomized spray of cryogenic micro-solid nitrogen (SN2) particles produced by a superadiabatic two-fluid nozzle was developed and numerically investigated for application to next generation super computer processor thermal management. The fundamental characteristics of heat transfer and cooling performance of micro-solid nitrogen particulate spray impinging on a heated substrate were numerically investigated and experimentally measured by a new type of integrated computational-experimental technique. The employed Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis based on the Euler-Lagrange model is focused on the cryogenic spray behavior of atomized particulate micro-solid nitrogen and also on its ultra-high heat flux cooling characteristics. Based on the numerically predicted performance, a new type of cryogenic spray cooling technique for application to a ultra-high heat power density device was developed. In the present integrated computation, it is clarified that the cryogenic micro-solid spray cooling characteristics are affected by several factors of the heat transfer process of micro-solid spray which impinges on heated surface as well as by atomization behavior of micro-solid particles. When micro-SN2 spraying cooling was used, an ultra-high cooling heat flux level was achieved during operation, a better cooling performance than that with liquid nitrogen (LN2) spray cooling. As micro-SN2 cooling has the advantage of direct latent heat transport which avoids the film boiling state, the ultra-short time scale heat transfer in a thin boundary layer is more possible than in LN2 spray. The present numerical prediction of the micro-SN2 spray cooling heat flux profile can reasonably reproduce the measurement results of cooling wall heat flux profiles. The application of micro-solid spray as a refrigerant for next generation computer processors is anticipated, and its ultra-high heat flux technology is expected to result in an extensive improvement in the effective cooling performance of large scale supercomputer systems. (c) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  68. Supercomputing approach of flotsam mixed tsunami in narrow region 招待有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of International Innovation Workshop on Off Shore Tsunami Energy Dissipation and Peak Height Alleviation, September 10-12, 2012, Tohoku University 2012年9月10日

  69. Acceleration of hydrogen forced ventilation after leakage ceases in a partially open space 査読有り

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY 37 (9) 7940-7949 2012年5月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.02.034  

    ISSN:0360-3199

    詳細を見る 詳細を閉じる

    This paper treats the real-time sensing-based risk-mitigation control of hydrogen dispersion and accumulation in a partially open space with low-height openings by forced ventilation. A hunting-preventive control scheme that we previously proposed (Matsuura et al., Int J Hydrogen Energy, 2012;37(2):1972-84) has parameters such as the monitoring period of hydrogen sensors T-p, a unit increment in the exhaust flow rate per area from a roof vent alpha, and a threshold epsilon for the change in the exhaust flow rate. Through parametric simulations of the hydrogen exhaust after leakage ceases, we clarify the effects of the parameters on the rate of exhaust flow from the roof vent and the amount of hydrogen accumulating near the roof, which are critical for ventilation performance. With a selected combination of (T-p, alpha, epsilon) for which the ventilation system has a quick response and reasonable original performance, we first introduce two acceleration methods separately to the original hunting-preventive scheme to improve the ventilation performance after hydrogen leakage ceases. Ventilation performance employing the two methods is compared with that employing the original scheme. From the results, a hybrid method is finally proposed. The effectiveness of the proposed method is computationally validated for leak flow rates of 9.44 x 10(-4), 4.72 x 10(-4) and 2.36 x 10(-4) m(3)/s. Copyright (C) 2012, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  70. Acceleration of hydrogen forced ventilation after leakage ceases in a partially open space 査読有り

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY 37 (9) 7940-7949 2012年5月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.02.034  

    ISSN:0360-3199

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    This paper treats the real-time sensing-based risk-mitigation control of hydrogen dispersion and accumulation in a partially open space with low-height openings by forced ventilation. A hunting-preventive control scheme that we previously proposed (Matsuura et al., Int J Hydrogen Energy, 2012;37(2):1972-84) has parameters such as the monitoring period of hydrogen sensors T-p, a unit increment in the exhaust flow rate per area from a roof vent alpha, and a threshold epsilon for the change in the exhaust flow rate. Through parametric simulations of the hydrogen exhaust after leakage ceases, we clarify the effects of the parameters on the rate of exhaust flow from the roof vent and the amount of hydrogen accumulating near the roof, which are critical for ventilation performance. With a selected combination of (T-p, alpha, epsilon) for which the ventilation system has a quick response and reasonable original performance, we first introduce two acceleration methods separately to the original hunting-preventive scheme to improve the ventilation performance after hydrogen leakage ceases. Ventilation performance employing the two methods is compared with that employing the original scheme. From the results, a hybrid method is finally proposed. The effectiveness of the proposed method is computationally validated for leak flow rates of 9.44 x 10(-4), 4.72 x 10(-4) and 2.36 x 10(-4) m(3)/s. Copyright (C) 2012, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  71. Innovative Nano-Device Cleaning Technology Using Cryogenic Spray Flow of Micro-Solid Nitrogen

    U Oh, Naoki Harada, Jun Ishimoto

    Technical Congress of Progress and Innovation for Smart Materials and Related Technology (PI-SMART), April 24 2012, Hirosaki, Japan 2012年4月

  72. New technology for physical photoresist removal-cleaning method using cryogenic micro-solid nitrogen spray

    Jun Ishimoto

    Annual Workshop of ELyT Laboratory on March 12 - 14, 2012 Presqu’ile de Giens, France 2012年3月14日

  73. Thermomechanical Resist Removal-Cleaning System Using Cryogenic Micro-Slush Jet 査読有り

    Jun Ishimoto, Daisuke Tan, Hiroto Ohtake, Seiji Samukawa

    ULTRA CLEAN PROCESSING OF SEMICONDUCTOR SURFACES X 187 145-+ 2012年

    出版者・発行元:TRANS TECH PUBLICATIONS LTD

    DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.187.145  

    ISSN:1012-0394

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    The fundamental characteristics of the resist removal-cleaning system using cryogenic micro-solid nitrogen spray flow were investigated by a new type of integrated measurement technique. The present system utilizes the micro-solid nitrogen (SN2) which consists of the fine solid nitrogen particle produced by the high-speed collision of subcooled liquid nitrogen and the cryogenic gaseous helium (cryogen). According to present study, the effect of ultra-high heat flux cooling on the resist removal performance due to the rapid thermal contraction of resist material is clarified in detail. Furthermore, the effect of ultrasonic atomization of micro-solid nitrogen on ultra-clean performance of the wafer is newly founded.

  74. Sensing-based risk mitigation control of hydrogen dispersion and accumulation in a partially open space with low-height openings by forced ventilation 査読有り

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY 37 (2) 1972-1984 2012年1月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.08.006  

    ISSN:0360-3199

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    This paper presents the real-time sensing-based risk-mitigation control of hydrogen dispersion and accumulation in a partially open space with low-height openings by forced ventilation. In the partially open space we previously considered (Matsuura et al., Int J Hydrogen Energy, 35(10), p. 4776-4786 (2010)), a hydrogen buoyant plume is subjected to cross flows during forced ventilation, and hydrogen travels over a long distance in the lower part of the space, which enhances the hydrogen concentration there. On the basis of those results, we alternatively propose in this paper a new partially open space that permits the almost vertical rising of hydrogen from a leak source, and exhausts, by forced ventilation, hydrogen temporarily accumulated near the roof. We first describe computational geometries and scenarios, mathematical models and numerical procedures. Related to this model, an acceptability diagram of exhaust flow rates for various leak flow rates and leak positions, an estimation method of the instantaneous hydrogen amount accumulating near the roof, and a hunting-preventive control scheme of the exhaust flow rate based on the least-squares method are constructed. A sensing-based risk mitigation control strategy to change the exhaust volume flow rate is then proposed. The effects of the number of sensors on the proposed control system are also investigated. The proposed system is validated for various leak positions and leak modes. Copyright (C) 2011, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  75. Thermomechanical Resist Removal-Cleaning System Using Cryogenic Micro-Slush Jet 査読有り

    Jun Ishimoto, Daisuke Tan, Hiroto Ohtake, Seiji Samukawa

    ULTRA CLEAN PROCESSING OF SEMICONDUCTOR SURFACES X 187 145-+ 2012年

    出版者・発行元:TRANS TECH PUBLICATIONS LTD

    DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.187.145  

    ISSN:1012-0394

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    The fundamental characteristics of the resist removal-cleaning system using cryogenic micro-solid nitrogen spray flow were investigated by a new type of integrated measurement technique. The present system utilizes the micro-solid nitrogen (SN2) which consists of the fine solid nitrogen particle produced by the high-speed collision of subcooled liquid nitrogen and the cryogenic gaseous helium (cryogen). According to present study, the effect of ultra-high heat flux cooling on the resist removal performance due to the rapid thermal contraction of resist material is clarified in detail. Furthermore, the effect of ultrasonic atomization of micro-solid nitrogen on ultra-clean performance of the wafer is newly founded.

  76. ULTRA-COOLING HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS USING CRYOGENIC MICRO-SOLID NITROGEN SPRAY 査読有り

    U. Oh, Jun Ishimoto, Naoki Harada, Daisuke Tan

    PROCEEDINGS OF THE ASME SUMMER HEAT TRANSFER CONFERENCE, 2012, VOL 2 531-538 2012年

    出版者・発行元:AMER SOC MECHANICAL ENGINEERS

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    The fundamental characteristics of heat transfer and cooling performance of micro-solid nitrogen particulate spray impinging on a heated substrate were numerically investigated and experimentally measured by a new type of integrated computational-experimental technique. The employed CFD based on the Euler-Lagrange model is focused on the cryogenic spray behavior of atomized particulate micro-solid nitrogen and also on its ultra-high heat flux cooling characteristics. Based on the numerically predicted performance, a new type of cryogenic spray cooling technique for application to a ultra-high heat power density device was developed. In the present integrated computation, it is clarified that the cryogenic micro-solid spray cooling characteristics are affected by several factors of the heat transfer process of micro-solid spray which impinges on heated surface as well as by atomization behavior of micro-solid particles.

  77. Integrated Super Computational Prediction of Liquid Droplet Impingement Erosion 査読有り

    Jun Ishimoto, Shinji Akiba, Kazuhiro Tanji, Kazuo Matsuura

    Progress in Nuclear Science and Technology 2 498-502 2011年12月

  78. Integrated Experimental and Numerical Study of Thermomechanical Resist Removal-Cleaning Performance Using Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Spray 査読有り

    J. Ishimoto, D. Tan, U. Oh, T. Kubota, S. Samukawa

    SEMICONDUCTOR CLEANING SCIENCE AND TECHNOLOGY 12 (SCST 12) 41 (5) 83-90 2011年

    出版者・発行元:ELECTROCHEMICAL SOC INC

    DOI: 10.1149/1.3630830  

    ISSN:1938-5862

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    The fundamental characteristics of the resist removal-cleaning system using cryogenic micro-solid nitrogen spray flow are investigated by a new type of integrated measurement and numerical technique. It can be numerically predicted that the resist removal performance is improved by the scraping effect of impinging micro-solid nitrogen particle fragment in the narrow section between the resist. Furthermore, it is numerically and experimentally founded that the hybrid interactive effects of fluid mechanical force by impingement of micro solid particle and thermomechanical force due to ultra-high heat transfer characteristics contribute to the resist removal-cleaning process.

  79. The sensing-based high-fidelity risk mitigation control of hydrogen dispersion in a partially open space 査読有り

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    Proceedings of The ICCE-2010, 10th international conference on clean energy, 15-17 September 2010, Famagusta, North Cyprus [in CD-ROM]. 2010年9月

  80. Integrated super computational analysis of atomization process of magnetic fluid jet 査読有り

    Jun ISHIMOTO

    Proceedings of The 12th International conference on Magnetic Fluids, Sendai, Japan, August 1 – 5 (2010) [in CD-ROM]. 2010年8月

  81. Computational Prediction of the Effect of Microcavitation on an Atomization Mechanism in a Gasoline Injector Nozzle 査読有り

    Jun Ishimoto, Fuminori Sato, Gaku Sato

    JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBINES AND POWER-TRANSACTIONS OF THE ASME 132 (8) 082801 2010年8月

    出版者・発行元:ASME-AMER SOC MECHANICAL ENG

    DOI: 10.1115/1.4000264  

    ISSN:0742-4795

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    The effect of microcavitation on the 3D structure of the liquid atomization process in a gasoline injector nozzle was numerically investigated and visualized by a new integrated computational fluid dynamics (CFD) technique for application in the automobile industry. The present CFD analysis focused on the primary breakup phenomenon of liquid atomization which is closely related to microcavitation, the consecutive formation of liquid film, and the generation of droplets by a lateral flow in the outlet section of the nozzle. Governing equations for a high-speed lateral atomizing injector nozzle flow taking into account the microcavitation generation based on the barotropic large eddy simulation-volume of fluid model in conjunction with the continuum surface force model were developed, and then an integrated parallel computation was performed to clarify the detailed atomization process coincident with the microcavitation of a high-speed nozzle flow. Furthermore, data on such factors as the volume fraction of microcavities, atomization length, liquid core shapes, droplet-size distribution, spray angle, and droplet velocity profiles, which are difficult to confirm by experiment, were acquired. According to the present analysis, the atomization rate and the droplets-gas atomizing flow characteristics were found to be controlled by the generation of microcavitation coincident with the primary breakup caused by the turbulence perturbation upstream of the injector nozzle, hydrodynamic instabilities at the gas-liquid interface, and shear stresses between the liquid core and periphery of the jet. Furthermore, it was found that the energy of vorticity close to the gas-liquid interface was converted to energy for microcavity generation or droplet atomization.

  82. Forced ventilation for sensing-based risk mitigation of leaking hydrogen in a partially open space 査読有り

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY 35 (10) 4776-4786 2010年5月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.02.068  

    ISSN:0360-3199

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    This study performs the numerical simulation of hydrogen dispersion in a partially open space with a single roof vent. The effects of various roof vent positions, leak positions, leak flow rates and exhaust flow rates on the forced ventilation of leaking hydrogen, are shown and discussed. Based on the results, a proper roof vent position and the disadvantage of ventilation with constant exhaust flow rates are established. To overcome the disadvantage, a new control strategy to change exhaust flow rates with the roof vent fixed at the proper position is proposed. First a plot is constructed to show acceptable exhaust flow rates to various inflow rates and leak positions. Assuming real-time sensing of hydrogen concentration and height-direction velocity, volume flow rates of leaking hydrogen are then estimated. Based on the estimated leak flow rates and hydrogen sensor information near the roof, control is conducted considering the plot of acceptable exhaust flow rates to various inflow rates and leak positions. The proposed method is validated against various leak positions, leak flow rates and leak modes. This paper proposes an innovative approach to sensing-based risk mitigation control of hydrogen dispersion and accumulation in a partially open space by forced ventilation. (C) 2010 Professor T. Nejat veziroglu. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  83. The sensing-based adaptive risk mitigation of leaking hydrogen in a partially open space 査読有り

    Kazuo Matsuura, Masami Nakano, Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY 34 (20) 8770-8782 2009年10月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.08.013  

    ISSN:0360-3199

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    This study performs the numerical simulation of hydrogen dispersion in a partially open space. The space under investigation measures 2.9 m x 1.22 m x 0.74 m and a leak flow rate of 2 standard cubic feet per minute is assumed. The effects of various roof vent positions and their areas on the ability to recognize the dispersion and accumulation of hydrogen, and its natural ventilation, are shown and discussed. Based on the results, this paper proposes an innovative approach to the sensing-based adaptive risk mitigation control of hydrogen dispersion and accumulation in a partially open space. By adaptively opening roof vents near the leak source, and closing other neighboring roof vents, concentrated hydrogen is exhausted rapidly and efficiently. It is also shown that cases exist where sufficient area of the proposed adaptive roof vent can be determined by the finite-time sensing ofhydrogen concentration near the roof. The effects of the delay time of a sensor, and a method to cancel these effects, are also discussed. (C) 2009 Professor T. Nejat Veziroglu. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  84. Integrated Computation of Micro-Cavitation in Gasoline Injector Atomization 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the 11th ICLASS International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Vail, Colorado, Sunday, July 26 Thursday, July 30, 2009 2009年7月30日

  85. 液体水素ジェット微粒化プロセスに関する融合数値予測 査読有り

    石本 淳, 大平 勝秀, 岡林 一木, 千歳 敬子

    低温工学 44 (7) 314-322 2009年7月25日

    DOI: 10.2221/jcsj.44.314  

  86. 二流体ノズルによるマイクロスラッシュ粒子生成の融合計算 査読有り

    石本 淳

    低温工学 44 (2) 68-76 2009年2月25日

    DOI: 10.2221/jcsj.44.68  

  87. W0503(2) 異分野融合によるマイクロスラッシュ混相流動循環システムの開発([W0503]機能性流体工学の融合フロンティア,ワークショップ)

    石本 淳

    年次大会講演資料集 2009 288-289 2009年

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    DOI: 10.1299/jsmemecjsm.2009.9.0_288  

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    The fundamental characteristics of the atomization behavior of micro-slush nitrogen (SN_2) jet flow through a two-fluid nozzle was numerically investigated and visualized by a new type of integrated simulation technique. CFD analysis is focused on the production mechanism of micro-slush nitrogen particles in a two-fluid nozzle and on the consecutive atomizing spray flow characteristics of the micro-slush jet. Based on the numerically predicted nozzle atomization performance, a new type of superadiabatic two-fluid ejector nozzle is developed.

  88. Numerical study of cryogenic micro-slush particle production using a two-fluid nozzle 査読有り

    Jun Ishimoto

    CRYOGENICS 49 (1) 39-50 2009年1月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.cryogenics.2008.10.004  

    ISSN:0011-2275

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    The fundamental characteristics of the atomization behavior of micro-slush nitrogen (SN(2)) jet flow through a two-fluid nozzle was numerically investigated and visualized by a new type of integrated simulation technique. Computational fluid dynamics (CFD) analysis is focused on the production mechanism of micro-slush nitrogen particles in a two-fluid nozzle and on the consecutive atomizing spray flow characteristics of the micro-slush jet. Based on the numerically predicted nozzle atomization performance, a new type of superadiabatic two-fluid ejector nozzle is developed. This nozzle is capable of generating and atomizing micro-slush nitrogen by means of liquid-gas impingement of a pressurized subcooled liquid nitrogen (LN(2)) flow and a low-temperature, high-speed gaseous helium (GHe) flow. The application of micro-slush as a refrigerant for long-distance high-temperature superconducting cables (HTS) is anticipated, and its production technology is expected to result in an extensive improvement in the effective cooling performance of superconducting systems. Computation indicates that the cryogenic micro-slush atomization rate and the multiphase spraying flow characteristics are affected by rapid LN(2)-GHe mixing and turbulence perturbation upstream of the two-fluid nozzle, hydrodynamic instabilities at the gas-liquid interface, and shear stress between the liquid core and periphery of the LN(2) jet. Calculation of the effect of micro-slush atomization on the jet thermal field revealed that high-speed mixing of LN(2)-GHe swirling flow extensively enhances the heat transfer between the LN(2)-phase and the GHe-phase. Furthermore, the performance of the micro-slush production nozzle was experimentally investigated by particle image velocimetry (PIV), which confirmed that the measurement results were in reasonable agreement with the numerical results. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  89. Integrated Parallel Computation of Atomization Process of Liquid Hydrogen Jet

    Jun ISHIMOTO, Daisuke TAN, Toshihiro SUZUKI, Katsuhide OHIRA

    Proceedings of The 8th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration 32-33 2008年12月19日

  90. Development of production system of cryogenic micro-slush particles using a two-fluid nozzle 査読有り

    Jun Ishimoto

    International Communications in Heat and Mass Transfer 35 (10) 1235-1240 2008年12月

    DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.07.011  

    ISSN:0735-1933

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    A production system for cryogenic fine micro-slush nitrogen particles is developed using a two-fluid atomization nozzle to apply micro-slush as a refrigerant for long-distance high temperature superconducting cables (HTS) a process that is expected to result in an extensive improvement in effective cooling performance for super-conducting systems. The principle of the micro-slush production nozzle and the performance of the nozzle investigated by Particle Image Velocimetry (PIV) measurement are herein presented. We mainly focus on the development of a new type of superadiabatic two-fluid ejector nozzle, which is capable of generating and atomizing solid nitrogen using liquid-gas impingement of a pressurized subcooled liquid nitrogen (LN2) flow and by a low-temperature, high-speed gaseous helium (GHe) flow. In addition, we constructed a micro-slush particle production system using this new type of two-fluid nozzle and then investigated the effect of the mass flow rate of GHe on the characteristics of the micro-slush two-phase atomizing flow by PIV. The results of this research show that it is possible to produce fine micro-slush nitrogen particles using this newly developed two-fluid nozzle under high-speed atomizing flow conditions, and by applying the appropriate mass-flow rate of subcooled LN2 and cryogenic GHe. Based on the optimized thermal flow conditions of cryogenic micro-slush particulate atomizing two-phase flow and the practical use of its multi-phase functionality, utilization in the development of a new type of superconducting cooling system is predicted. © 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  91. Integrated Parallel Computation of Atomization Process of Liquid Hydrogen Jet

    Jun Ishimoto, Daisuke Tan, Toshihiro Suzuki, Katsuhide Ohira

    Proceedings of the AFI/TFI-2008 1 2008年12月

  92. Development of production system of cryogenic micro-slush particles using a two-fluid nozzle 査読有り

    Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL COMMUNICATIONS IN HEAT AND MASS TRANSFER 35 (10) 1235-1240 2008年12月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.07.011  

    ISSN:0735-1933

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    A production system for cryogenic fine micro-slush nitrogen particles is developed using a two-fluid atomization nozzle to apply micro-slush as a refrigerant for long-distance high temperature superconducting cables (HTS): a process that is expected to result in an extensive improvement in effective cooling performance for super-conducting systems. The principle of the micro-slush production nozzle and the performance of the nozzle investigated by Particle Image Velocimetry (PIV) measurement are herein presented. We mainly focus on the development of a new type of superadiabatic two-fluid ejector nozzle, which is capable of generating and atomizing solid nitrogen using liquid-gas impingement of a pressurized subcooled liquid nitrogen (LN2) flow and by a low-temperature, high-speed gaseous helium (GHe) flow. In addition, we constructed a micro-slush particle production system using this new type of two-fluid nozzle and then investigated the effect of the mass flow rate of GHe on the characteristics of the micro-slush two-phase atomizing flow by PIV. The results of this research show that it is possible to produce fine micro-slush nitrogen particles using this newly developed two-fluid nozzle under high-speed atomizing flow conditions, and by applying the appropriate mass-flow rate of subcooled LN2 and cryogenic GHe. Based on the optimized thermal flow conditions of cryogenic micro-slush particulate atomizing two-phase flow and the practical use of its multi-phase functionality, utilization in the development of a new type of superconducting cooling system is predicted. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  93. Integrated Parallel Computation of Spray Atomization with the Effect of Micro-Cavitation 査読有り

    Jun Ishimoto, Fuminori Sato, Gaku Sato, Kozo Saito

    Proceedings of the 2008 Painting Technology Workshop (PTW2008) 2008年10月6日

  94. Integrated Parallel Computation of Spray Atomization with the Effect of Micro-Cavitation 査読有り

    Jun Ishimoto, Fuminori Sato, Gaku Sato, Kozo Saito

    Proceedings of 2008 Painting Technology Workshop (PTW2008) 2008年10月6日

  95. Flow Characteristics of Slush Nitrogen in Various Types of Pipes 査読有り

    Masakazu Nozawa, Katsuhide Ohira, Naoto Okazaki, Jun Ishimoto, Koichi Takahashi, Takanobu Kamiya

    Proceedings of 22nd International Cryogenic Engineering Conference 22 255-260 2008年7月

  96. Heat Transfer and Pressure Drop Reduction of Slush Nitrogen in a Turbulent Pipe Flow 査読有り

    Katsuhide Ohira, Norifumi Takahashi, Masakazu Nozawa, Jun Ishimoto

    Proceedings of 22nd International Cryogenic Engineering Conference 22 353-358 2008年7月

  97. Integrated numerical prediction of atomization process of liquid hydrogen jet 査読有り

    Jun Ishimoto, Katsuhide Ohira, Kazuki Okabayashi, Keiko Chitose

    CRYOGENICS 48 (5-6) 238-247 2008年5月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.cryogenics.2008.03.006  

    ISSN:0011-2275

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    The 3-D structure of the liquid atomization behavior of an LH2 jet flow through a pinhole nozzle is numerically investigated and visualized by a new type of integrated simulation technique. The present computational fluid dynamics (CFD) analysis focuses on the thermodynamic effect on the consecutive breakup of a cryogenic liquid column, the formation of a liquid film, and the generation of droplets in the outlet section of the pinhole nozzle. Utilizing the governing equations for a high-speed turbulent cryogenic jet flow through a pinhole nozzle based on the thermal nonequilibrium LES-VOF model in conjunction with the CSF model, an integrated parallel computation is performed to clarify the detailed atomization process of a high-speed LH2 jet flow through a pinhole nozzle and to acquire data, which is difficult to confirm by experiment, such as atomization length, liquid core shape, droplet-size distribution, spray angle, droplet velocity profiles, and thermal field surrounding the atomizing jet flow. According to the present computation, the cryogenic atomization rate and the LH2 droplets-gas two-phase flow characteristics are found to be controlled by the turbulence perturbation upstream of the pinhole nozzle, hydrodynamic instabilities at the gas-liquid interface and shear stress between the liquid core and the periphery of the LH2 jet. Furthermore, calculation of the effect of cryogenic atomization on the jet thermal field shows that such atomization extensively enhances the thermal diffusion Surrounding the LH2 jet flow. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  98. The effect of magnetic field on a microgravity single droplet combustion 査読有り

    Jun Ishimoto, Takashi Kudo, Kozo Saito

    HEAT AND MASS TRANSFER 44 (6) 635-640 2008年4月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00231-007-0292-1  

    ISSN:0947-7411

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    The effects of magnetic field on the microgravity combustion characteristics of a single methanol droplet in homogeneous flow are numerically investigated to develop an effective magnetic control method for microgravity droplet combustion and spray combustion systems. First, governing equations of microgravity single methanol droplet combustion under a homogeneous magnetic field based on an unsteady two-dimensional, spherically symmetric model including single-step chemistry are presented. Employing numerical modeling, several combustion behaviors are calculated taking into account the effect of the unsteady magnetic field profiles at the flame front. It is found that the flame front becomes deformed and is elongated in the direction of the magnetic field due to the inhomogeneous magnetic pressure distribution at the interface between the fuel vapor phase and the oxidizer phase. This nonuniformity of magnetic pressure is caused by the transient deformation of the magnetic field with refraction of magnetic flux at the flame front due to the difference of magnetic susceptibility between the diamagnetic fuel vapor phase and the paramagnetic oxidizer phase.

  99. Beat transfer characteristics of slush nitrogen in turbulent pipe flows 査読有り

    K. Ohira, J. Ishimoto, M. Nozawa, T. Kura, N. Takahashi

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING, VOLS 53A AND 53B 985 1141-1148 2008年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.2908465  

    ISSN:0094-243X

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    Slush fluids, such as slush hydrogen and slush nitrogen, are two-phase (solid-liquid) single-component cryogenic fluids containing solid particles in a liquid, and consequently their density and refrigerant capacity are greater than for liquid state fluid alone. This paper reports on the experimental results of the forced convection heat transfer characteristics of slush nitrogen flowing in a pipe. Heat was supplied to slush nitrogen by a heater wound around the copper pipe wall. The local heat transfer coefficient was measured in conjunction with changes in the velocity and the solid fraction. The differences in heat transfer characteristics between two-phase slush and single phase liquid nitrogen were obtained, and the decrease in heat transfer to slush nitrogen caused by the previously observed pressure drop reduction was confirmed by this study. Furthermore, for the purpose of establishing the thermal design criteria for slush nitrogen in the case of pressure drop reduction, the heat transfer correlation between the experimental results and the Sieder-Tate Equation was obtained.

  100. Pressure drop reduction of slush nitrogen in turbulent pipe flows 査読有り

    K. Ohira, M. Nozawa, J. Ishimoto, N. Koizumi, T. Kamiya

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING, VOLS 53A AND 53B 985 67-+ 2008年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.2908657  

    ISSN:0094-243X

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    Slush fluid such as slush hydrogen and slush nitrogen is a two-phase (solid-liquid) single-component cryogenic fluid containing solid particles in liquid, and consequently its density and refrigerant capacity are greater than for liquid state fluid. Experimental tests were performed with slush nitrogen to obtain the frictional pressure drop flowing in a 15 mm internal diameter, 400 mm long, horizontal, stainless steel pipe. The primary objective of this study was to investigate the pressure drop reduction phenomenon with changes in velocity and solid fraction. From the experimental results, the pressure drop correlation between the friction factor and the Reynolds number was obtained and an empirical correlation was derived. Flow patterns for slush nitrogen inside a pipe and the behavior of solid particles were also observed using a high speed camera.

  101. Pressure drop reduction of slush nitrogen in turbulent pipe flows 査読有り

    K. Ohira, M. Nozawa, J. Ishimoto, N. Koizumi, T. Kamiya

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING, VOLS 53A AND 53B 985 67-+ 2008年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.2908657  

    ISSN:0094-243X

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    Slush fluid such as slush hydrogen and slush nitrogen is a two-phase (solid-liquid) single-component cryogenic fluid containing solid particles in liquid, and consequently its density and refrigerant capacity are greater than for liquid state fluid. Experimental tests were performed with slush nitrogen to obtain the frictional pressure drop flowing in a 15 mm internal diameter, 400 mm long, horizontal, stainless steel pipe. The primary objective of this study was to investigate the pressure drop reduction phenomenon with changes in velocity and solid fraction. From the experimental results, the pressure drop correlation between the friction factor and the Reynolds number was obtained and an empirical correlation was derived. Flow patterns for slush nitrogen inside a pipe and the behavior of solid particles were also observed using a high speed camera.

  102. Beat transfer characteristics of slush nitrogen in turbulent pipe flows 査読有り

    K. Ohira, J. Ishimoto, M. Nozawa, T. Kura, N. Takahashi

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING, VOLS 53A AND 53B 985 1141-1148 2008年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.2908465  

    ISSN:0094-243X

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    Slush fluids, such as slush hydrogen and slush nitrogen, are two-phase (solid-liquid) single-component cryogenic fluids containing solid particles in a liquid, and consequently their density and refrigerant capacity are greater than for liquid state fluid alone. This paper reports on the experimental results of the forced convection heat transfer characteristics of slush nitrogen flowing in a pipe. Heat was supplied to slush nitrogen by a heater wound around the copper pipe wall. The local heat transfer coefficient was measured in conjunction with changes in the velocity and the solid fraction. The differences in heat transfer characteristics between two-phase slush and single phase liquid nitrogen were obtained, and the decrease in heat transfer to slush nitrogen caused by the previously observed pressure drop reduction was confirmed by this study. Furthermore, for the purpose of establishing the thermal design criteria for slush nitrogen in the case of pressure drop reduction, the heat transfer correlation between the experimental results and the Sieder-Tate Equation was obtained.

  103. 高機能性スラッシュ窒素を用いた極低温二相冷却システム 査読有り

    石本 淳

    流体科学研究所報告 18 (20) 25-36 2007年12月21日

    出版者・発行元:東北大学流体科学研究所

    ISSN:0916-2860

  104. Stability of the boiling two-phase flow of a magnetic fluid 査読有り

    Jun Ishimoto

    JOURNAL OF APPLIED MECHANICS-TRANSACTIONS OF THE ASME 74 (6) 1187-1196 2007年11月

    出版者・発行元:ASME-AMER SOC MECHANICAL ENG

    DOI: 10.1115/1.2723825  

    ISSN:0021-8936

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    Elucidation of magnetic stabilization of boiling two-phase flow by utilizing the magnetization of the fluid is proposed herein. The effect of magnetic field on the stability of the boiling two-phase pipe flow of the magnetic fluid under a nonuniform magnetic field is investigated both theoretically and experimentally. First, governing equations of boiling two-phase flow based on the unsteady thermal nonequilibrium two-fluid model are presented and analytically solved using a linearization method. The analytical results on stabilization are then inspected experimentally using an experimental apparatus coalposed of a small test loop. Results of the analytical study on the void waves, show that the stabilization of two-phase flow can be obtained by practical use of the magnetic body force acting on the fluid and by applying the appropriate superficial gas-phase velocity Those results also show that magnetic stabilization is obtained because the two-phase magnetic body force enhances the diffusion effect of the void waves. It is experimentally clarified that the two-phase flow state can be stabilized and homogenized by inagnetization of the fluid and that vapor bubbles can be minutely produced by effective use of the magnetic body force. The axial magnetic field is more affective for stabilization and homogenization of the two-phase magnetic fluid flow than the transverse magnetic field.

  105. 二流体ノズルを用いた極低温マイクロスラッシュ粒子の生成 査読有り

    石本淳

    低温工学 42 (5) 116-123 2007年5月20日

    出版者・発行元:CRYOGENICS AND SUPERCONDUCTIVITY SOCIETY OF JAPAN

    DOI: 10.2221/jcsj.42.116  

    ISSN:0389-2441

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    A production method for micro-slush nitrogen particles is investigated using a two-fluid atomization nozzle to apply micro-slush as a refrigerant for long-distance superconducting cables; a process that is expected to result in an extensive improvement in effective cooling performance for superconducting systems. The principle of the micro-slush production nozzle and the performance of the nozzle investigated by Particle Image Velocimetry (PIV) measurement and Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis are herein presented. We mainly focus on the development of a new type of two-fluid ejector nozzle, which is capable of generating and atomizing solid nitrogen using liquid-gas impingement of a pressurized subcooled liquid nitrogen (LN<sub>2</sub>) flow and by a low-temperature, high-speed gaseous helium (GHe) flow. In addition, we constructed a micro-slush particle production system using this new type of two-fluid nozzle and then investigated the effect of the mass flow rate of GHe on the characteristics of the micro-slush two-phase atomizing flow by PIV. Furthermore, the measurement results are compared with those of CFD simulation under the same experimental conditions. The results of this research show that it is possible to produce fine micro-slush nitrogen particles using this newly developed two-fluid nozzle under high-speed atomizing flow conditions, and by applying the appropriate mass-flow rate of subcooled LN<sub>2</sub> and cryogenic GHe. Based on the optimized thermal flow conditions of cryogenic micro-slush particulate atomizing two-phase flow and the practical use of its multiphase functionality, utilization in the development of a new type of superconducting cooling system is predicted.

  106. Integrated Simulation of the Atomization Process of Liquid Jet through a Cylindrical Nozzle 査読有り

    Jun ISHIMOTO, Hidehiro HOSHINA, Tadashi TSUCHIYAMA, Hideyuki WATANABE, Asako HAGA, Fuminori SATO

    Interdisciplinary Information Sciences 13 (1) 7-16 2007年3月

    DOI: 10.4036/iis.2007.7  

  107. Reality Coupled Computation of Complex Multiphase Flow 査読有り

    Jun ISHIMOTO

    Proceeding of the 3rd International Conference on Flow Dynamics 81-82 2006年11月7日

  108. Integrated CFD Approach of Atomization Process of Lateral Flow in Injector Nozzle 査読有り

    Jun ISHIMOTO, Hidehiro HOSHINA, Tadashi TSUCHIYAMA, Hideyuki WATANABE, Asako HAGA

    Proceedings of the 6th International Symposium on Advanced Fluid Information - JAXA-IFS Joint Symposium - (AFI-2006) 61-62 2006年10月26日

  109. Integrated CFD on Atomization Process of Lateral Flow in Injector Nozzle 招待有り 査読有り

    Jun Ishimoto

    Proceedings of the Second Korea-Japan CFD Workshop 7-8 2006年10月13日

  110. Numerical prediction of a two-phase fluid driving system using cavitating flow of magnetic fluid 査読有り

    Jun Ishimoto

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER 49 (21-22) 3866-3878 2006年10月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.04.023  

    ISSN:0017-9310

    eISSN:1879-2189

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    A new concept of a two-phase fluid driving system using cavitating flow of a magnetic fluid is proposed, and the driving and acceleration performance of the system is numerically predicted. A typical computational model for cavitating flow of a magnetic fluid is proposed and several flow characteristics, taking into account the strong nonuniform magnetic field, are numerically investigated to realize the further development and high performance of the proposed new type of two-phase fluid driving system using magnetic fluids. Based on numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow as well as the cloud cavity formation of the magnetic fluid through a vertical converging-diverging channel are shown in detail. The numerical results demonstrate that an effective two-phase magnetic driving force and fluid acceleration can be obtained by the practical use of magnetization of the working fluid. Also clarified is the cavitation number in the case of a strong magnetic field with a larger value than that in the case of a nonmagnetic field. Magnetic control for suppression of cavitation bubbles is remarkably enhanced in the condition of high Reynolds number. Further clarified is the precise control of the cavitating flow of magnetic fluid that is possible by effective use of the magnetic body force that acts on cavitation bubbles. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  111. Integrated CFD Aproach of the Liquid Atomization Mechanism in an Injector Nozzle 査読有り

    Jun ISHIMOTO, Hidehiro HOSHINA, Tadashi TSUCHIYAMA, Hideyuki WATANABE, Asako HAGA

    Proceedings of the 10th International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems (ICLASS-2006) [in CD-ROM] 2006年8月27日

  112. Integrated Simulation of Atomization Process of Lateral Flow in Injector Nozzle 査読有り

    Jun ISHIMOTO, Hidehiro HOSHINA, Tadashi TSUCHIYAMA, Hideyuki WATANABE, Asako HAGA

    Proceedings of The 3rd International Symposium on Transdisciplinary Fluid Integration 43-44 2006年6月12日

  113. Numerical Prediction of Two-Phase MHD Power Generation System Using Cavitating Flow of Electrically Conducting Magnetic Fluid 査読有り

    Jun Ishimoto

    Progress in Multiphase Flow Research I 249-264 2006年4月1日

  114. CFD analysis on two-phase pipe flow of slush nitrogen 査読有り

    J. Ishimoto

    Advances in Cryogenic Engineering, Vols 51A and B 823 1017-1024 2006年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.2202515  

    ISSN:0094-243X

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    CFD analysis on the fundamental two-phase flow, characteristics of slush nitrogen in a corrugated duct is conducted to develop effective cooling performance for superconducting cable. First, the governing equations of two-phase slush nitrogen flow based on the unsteady thermal non-equilibrium two-fluid model are constructed and several flow characteristics are numerically calculated taking into account the effects of the slush volume fraction, the thermodynamic behavior of slush, and the duct shape. Results of this research show that it is possible to reduce the pressure loss by using a two-phase slush flow under the high Reynolds number condition. It is also found that the reduction of the pressure loss is dominated not only by applying the appropriate size and volume fraction of slush particles, but also by the slush pumping effect that acts on the liquid-phase acceleration due to the momentum exchange between slush and liquid-phases. Furthermore, it is numerically predicted that with two-phase slush flow. the friction coefficient has a smaller value in the high Reynolds number region than that with single-phase flow.

  115. Integrated CFD Approach of the Liquid Atomization Mechanism in a Spray Nozzle

    Jun Ishimoto, Hidehiro Hoshina, Tadashi Tsuchiyama, Hideyuki Watanabe

    Fifth International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI-2005) —IFS-JAXA Joint Symposium—, December 8-9, 2005, Institute od Fluid Science, Tohoku University, Sendai, Japan 70-71 2005年12月

  116. Hydrodynamic Performance of Two-Phase MHD Power Generation System Using Cavitating Flow of Electrically Conducting Magnetic Fluid

    Jun Ishimoto

    21st Century COE Program, 2nd International Conference on Flow Dynamics, Nov. 16-18, 2005, Sendai , Japan 6-15 2005年11月

  117. Numerical and experimental study on the cavitating flow characteristics of pressurized liquid nitrogen in a horizontal rectangular nozzle 査読有り

    J Ishimoto, M Onishi, K Kamijo

    JOURNAL OF PRESSURE VESSEL TECHNOLOGY-TRANSACTIONS OF THE ASME 127 (4) 515-524 2005年11月

    出版者・発行元:ASME-AMER SOC MECHANICAL ENG

    DOI: 10.1115/1.1928916  

    ISSN:0094-9930

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    The thermodynamic effect on cryogenic cavitating flow characteristics of pressurized liquid nitrogen in a horizontal rectangular nozzle is precisely investigated by numerical analysis based on an unsteady thermal nonequilibrium two-fluid model and by flow visualization measurement. According to the numerical and experimental study, the sufficiently useful results are proposed to realize the further development and high performance of a type of cryogenic two-phase cooling system. It is numerically and experimentally found that the inception of cryogenic cavitation occurs and the cavity grows in the vicinity of the wall surface of the inlet throat section. It is also found that the continuous process and behavior of cavitation inception, cloud cavity growth, and gas phase diffusion behavior with time in pressurized liquid nitrogen are dominated not only by several additional forces in the gas-phase momentum equation, but also by the thermodynamic effect that acts on the cavitation bubbles due to the inherent properties of cryogenic fluid. Especially under conditions of the same temperature and same aspect ratio of the cloud cavity similar generating behavior of cavitation can be often found in the high Reynolds number region in spite of large cavitation number.

  118. Integrated Simulation of the Liquid Atomization Mechanism through a Nozzle

    Jun Ishimoto, Hidehiro Hoshina, Tadashi Tsuchiyama, Hideyuki Watanabe

    Proc. Second International Symposium on Transdisciplinary Fluid Integration, TFI-2005, October 26-27, 2005, Hotel Hyuga, Hyuga, Miyazaki, JAPAN 43 2005年10月

  119. Numerical study of two-phase flow of liquid helium in a vertical converging-diverging nozzle 査読有り

    Jun Ishimoto, Kenjiro Kamijo

    Heat Transfer - Asian Research 34 (6) 432-448 2005年9月

    DOI: 10.1002/htj.20071  

    ISSN:1099-2871

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    The fundamental characteristics of the two-dimensional gas-liquid two-phase flow of liquid helium through a vertical converging-diverging duct near the lambda point are numerically investigated to realize the further development and high performance of new multiphase superfluid cooling systems. First, the governing equations of the two-phase flow of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multifluid model with generalized curvilinear coordinates system are presented, and several flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the gas-liquid two-phase flow of liquid helium though vertical converging-diverging nozzle is shown in detail, and it is also found that the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow based on the thermomechanical effect is conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid- to vapor-phase change actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase. © 2005 Wiley Periodicals, Inc.

  120. Numerical analysis of cavitating flow of magnetic fluid in a vertical venturi channel 査読有り

    J Ishimoto, S Kamiyama

    JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES B-FLUIDS AND THERMAL ENGINEERING 48 (3) 478-487 2005年8月

    出版者・発行元:JAPAN SOC MECHANICAL ENGINEERS

    DOI: 10.1299/jsmeb.48.478  

    ISSN:1340-8054

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    The fundamental multiphase flow characteristics of the two-dimensional cavitating flow of magnetic fluid in a vertical venturi channel under a strong nonuniform magnetic field are numerically predicted to realize the further development and high performance of the new type of a two-phase fluid driving system using magnetic fluids. First, the governing equations of the cavitating flow of a hexane-based magnetic fluids based on the unsteady thermal nonequilibrium two-fluid model are presented and several two-phase flow characteristics are numerically calculated taking into account the effect of the strong nonuniform magnetic field. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow and cloud cavity formation of the magnetic fluid through a vertical venturi channel are shown in detail. The numerical results demonstrate that effective two-phase magnetic driving force and fluid acceleration at the venturi channel are obtained by the practical use of the magnetization of the working fluid. Also clarified is the precise control of the cavitating flow of magnetic fluid that is possible by effective use of the magnetic body force which acts on cavitation bubbles.

  121. Numerical study of the two-phase flow characteristics of slush nitrogen 査読有り

    J Ishimoto, R Ono

    CRYOGENICS 45 (4) 304-316 2005年4月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.cryogenics.2004.12.001  

    ISSN:0011-2275

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    The fundamental two-phase flow characteristics of slush nitrogen in a pipe are numerically investigated to develop effective cooling performance for long-distance superconducting cable. First, the governing equations of two-phase slush nitrogen flow based on the unsteady thermal non-equilibrium two-fluid model are constructed and several flow characteristics are numerically calculated taking into account the effects of the slush volume fraction, the thermodynamic behavior of slush, and the duct shape. Furthermore, the numerical results are compared with previous experimental results on pressure loss measurement and visualization measurement in two-phase slush nitrogen flow along the longitudinal direction of the pipe. Results of this research show that it is possible to reduce the pressure loss by using a two-phase slush flow under the high Reynolds number condition and by applying the appropriate volume fraction of slush particles. The optimized thermal flow conditions for cryogenic two-phase slush nitrogen with practical use of latent heat for slush melting are predicted for the development of a new type of superconducting cooling system. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  122. Numerical study of cavitating flow of magnetic fluid in a vertical converging-diverging nozzle 査読有り

    J Ishimoto, S Kamiyama

    JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS 289 260-263 2005年3月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/j.jmmm.2004.11.074  

    ISSN:0304-8853

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    The fundamental characteristics of the two-dimensional cavitating flow of magnetic fluid in a vertical converging-diverging nozzle under a strong nonuniform magnetic field are numerically investigated to realize the further development and high performance of the new type of a two-phase fluid driving system using magnetic fluids. The numerical results demonstrate that effective two-phase magnetic driving force and fluid acceleration are obtained by the practical use of the magnetization of the working fluid. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

  123. Numerical prediction of cavitating MHD flow of electrically conducting magnetic fluid in a converging-diverging nozzle 査読有り

    J Ishimoto

    JOURNAL OF APPLIED MECHANICS-TRANSACTIONS OF THE ASME 71 (6) 825-838 2004年11月

    出版者・発行元:ASME-AMER SOC MECHANICAL ENG

    DOI: 10.1115/1.1794164  

    ISSN:0021-8936

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    The fundamental characteristics of the two-dimensional cavitating MHD flow of an electrically conducting magnetic fluid in a vertical converging-diverging nozzle tinder a strong nonuniform magnetic field are numerically predicted to realize the further development and high performance of a two-phase liquid-metal MHD power generation system rising electrically, conducting magnetic fluids. First, the governing equations of the cavitating flow of a mercury-based magnetic fluid based on the unsteady thermal nonequilibrium multifluid model are presented, and several flow characteristics are numerically calculated taking into account the effect of the strong nonuniform magnetic field. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow and cavitation inception phenomena of the mercury-based magnetic fluid through a converging-diverging nozzle are shown in detail. The numerical results demonstrate that effective two-phase magnetic driving,force, fluid acceleration, and high power density are obtained by the practical rise of the magnetization of the working fluid. Also clarified is the precise control of the cavitating flow of magnetic fluid that is possible by effective use of the magnetic body force that acts on cavitation bubbles.

  124. スラッシュ窒素の二相流動特性に関する数値解析 査読有り

    石本淳, 大野隆介

    低温工学 39 (10) 463-474 2004年10月

    DOI: 10.2221/jcsj.39.463  

  125. 微小重力下における単一液滴の消炎現象に関する数値解析 査読有り

    石本淳, 工藤崇, 伊藤昭彦, Kozo SAITO, Vedha NAYAGAM

    微粒化 13 (41) 148-155 2004年3月

  126. Numerical study of cavitating flow characteristics of liquid helium in a pipe 査読有り

    J Ishimoto, K Kamijo

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER 47 (1) 149-163 2004年1月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/S0017-9310(03)00386-7  

    ISSN:0017-9310

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    The fundamental characteristics of the two-dimensional cavitating flow of liquid helium in a vertical pipe near the lambda point are numerically investigated to realize the further development and high performance of new cryogenic superfluid cooling systems. It is found that the phase transition of the normal fluid to the superfluid and the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow based on the thermomechanical effect is conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid to gas phase change with cavitation actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  127. 垂直先細-末広ノズル内における液体ヘリウム気液二相流に関する数値解析 査読有り

    石本淳, 上條謙二郎

    日本機械学会論文集 (B編) 70 (696) 2134-2141 2004年

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1299/kikaib.70.2134  

    ISSN:0387-5016

  128. Basic study on two-phase flow characteristics of slush nitrogen in a pipe 査読有り

    J Ishimoto, R Ohno, H Yanagi, A Machida, M Ikeuchi, K Hattori, A Ito

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING, VOLS. 49A AND B 710 1099-1106 2004年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    ISSN:0094-243X

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    The fundamental two-phase flow characteristics of slush nitrogen in a pipe are numerically and experimentally investigated to develop effective cooling performance for long distance superconducting cables. First, the governing equations of the two-phase slush nitrogen flow based on the unsteady thermal nonequilibrium two-fluid model are presented and several flow characteristics are numerically calculated taking into account the effects of slush volume fraction, particle diameter, and duct shape. Furthermore, in experimental study, minute slush is generated by the slush atomization nozzle and the unsteady pressure and temperature distributions of two-phase slush nitrogen flow along the longitudinal direction of pipe are measured. According to the numerical and experimental results, it is found that the reduction of the pressure loss by using slush is possible in the case of long distance pipe lengths. Also, optimized thermal flow conditions for cryogenic two-phase slush nitrogen with practical use of latent heat of slush melting are predicted for the development of new type superconducting cooling systems.

  129. Numerical simulation of cavitating flow of liquid helium in a vertical converging-diverging nozzle 査読有り

    J Ishimoto, K Kamijo

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING, VOLS. 49A AND B 710 1060-1067 2004年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    ISSN:0094-243X

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    The basic characteristics of the two-dimensional cavitating flow of liquid helium through a vertical converging-diverging nozzle near the lambda point are numerically investigated to realize the further development and high performance of new multi-phase He II cooling systems. First, the governing equations of the cavitating flow of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multi-fluid model with generalized curvilinear coordinates system are presented, and several multiphase flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow of liquid helium though a vertical converging-diverging nozzle is shown in detail, and it is also found that the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow based on the thermomechanical effect is conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid to gas phase change actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase.

  130. Cavitating Flow of Liquid Nitrogen in Horizontal Rectangular Nozzle 査読有り

    Jun Ishimoto, Masahiro Onishi, Takashi Tokumasu, Kenjiro Kamijo

    Proceedings of The IMECE'03, 2003 ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition, Washington, D.C., November 16-21 2003年11月

  131. Numerical Analysis of Microgravity Methanol Single Droplet Combustion in Homogeneous Flow 査読有り

    Jun Ishimoto, Akihiko Ito, Kozo Saito, Vedha Nayagam

    Proc. 4th International Symposium on Scale Modeling (ISSM-IV), Cleveland USA 241-249 2003年9月

  132. Numerical analysis of cavitating flow of liquid helium in a converging-diverging nozzle 査読有り

    J Ishimoto, K Kamijo

    JOURNAL OF FLUIDS ENGINEERING-TRANSACTIONS OF THE ASME 125 (5) 749-757 2003年9月

    出版者・発行元:ASME-AMER SOC MECHANICAL ENG

    DOI: 10.1115/1.1601253  

    ISSN:0098-2202

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    The fundamental characteristics of the two-dimensional cavitating flow of liquid helium through a horizontal converging-diverging nozzle near the lambda point are numerically investigated to realize the further development and high performance of new multiphase superfluid cooling systems. First, the governing equations of the cavitating flow of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multifluid model with generalized curvilinear coordinates system are presented, and several flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow of liquid helium though a horizontal converging-diverging nozzle is shown in detail, and it is also found that the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow based on the thermomechanical effect is conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid to gas phase change actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase.

  133. Numerical analysis of cavitating flow of liquid helium in a converging-diverging nozzle 査読有り

    J Ishimoto, K Kamijo

    JOURNAL OF FLUIDS ENGINEERING-TRANSACTIONS OF THE ASME 125 (5) 749-757 2003年9月

    出版者・発行元:ASME-AMER SOC MECHANICAL ENG

    DOI: 10.1115/1.1601253  

    ISSN:0098-2202

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    The fundamental characteristics of the two-dimensional cavitating flow of liquid helium through a horizontal converging-diverging nozzle near the lambda point are numerically investigated to realize the further development and high performance of new multiphase superfluid cooling systems. First, the governing equations of the cavitating flow of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multifluid model with generalized curvilinear coordinates system are presented, and several flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow of liquid helium though a horizontal converging-diverging nozzle is shown in detail, and it is also found that the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow based on the thermomechanical effect is conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid to gas phase change actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase.

  134. 水平狭まり-広がり流路内における液体ヘリウムキャビテーション流れの数値解析 査読有り

    石本淳, 上條謙二郎

    日本航空宇宙学会論文集 51 (592) 228-235 2003年5月

    DOI: 10.2322/jjsass.51.228  

  135. Numerical simulation of cavitating flow of liquid helium in venturi channel 査読有り

    J Ishimoto, K Kamijo

    CRYOGENICS 43 (1) 9-17 2003年1月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/S0011-2275(02)00149-2  

    ISSN:0011-2275

    eISSN:1879-2235

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    The fundamental characteristics of the two-dimensional cavitating flow of liquid helium through a venturi channel near the lambda point are numerically investigated to realize the further development and high performance of new multi-phase superfluid cooling systems. First, the governing equations of the cavitating flow of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multi-fluid model with generalized curvilinear coordinates system are presented, and several flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow of liquid helium though venturi channel is shown in detail, and it is also found that the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow based on the thermomechanical effect is conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid-to-gas phase change actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

  136. Cavitating flow of Magnetic Fluid in Converging-Diverging Nozzle under Nonuniform Magnetic Field 査読有り

    Jun Ishimoto

    Magnetohydrodynamics 38 (3) 2002年11月

  137. Basic Study on Direct Mist Cooling of Heated Aluminum Plate for Crack Reduction 査読有り

    Jun Ishimoto, Ryusuke Ohno, Akihiko Ito, Kozo Saito

    Proceedings of the 7th Annual Conference of Liquid Atomization and Spray Systems-Asia, Ilass-Asia, 214-221 2002年11月

  138. 液体ヘリウムのベンチュリ流路内キャビテーション流れに関する数値シミュレーショ ン 査読有り

    石本淳, 上條謙二郎

    低温工学 37 (10) 565-572 2002年10月

    DOI: 10.2221/jcsj.37.565  

  139. Numerical simulation of cavitating flow of liquid helium in a pipe using multi-fluid model 査読有り

    J Ishimoto, M Oike, K Kamijo

    ADVANCES IN CRYOGENIC ENGINEERING, VOL 47, PTS A AND B 613 1413-1420 2002年

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    ISSN:0094-243X

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    The two-dimensional characteristics of the cavitating flow of liquid helium in a pipe are numerically investigated to realize the further development and high performance of new cryogenic engineering applications. First, the governing equations of the cavitating flow of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multi-fluid model are presented and several flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the turbulent cavitating flow of liquid helium passing through the orifice is shown in detail, and it is also found that the phase transition of the normal fluid to the superfluid and the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow are conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid to gas phase change actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase. According to these theoretical results, the fundamental characteristics of the cryogenic cavitating flow are predicted.

  140. Numerical analysis of two-phase pipe flow of liquid helium using multi-fluid model 査読有り

    J Ishimoto, M Oike, K Kamijo

    JOURNAL OF FLUIDS ENGINEERING-TRANSACTIONS OF THE ASME 123 (4) 811-818 2001年12月

    出版者・発行元:ASME-AMER SOC MECHANICAL ENG

    DOI: 10.1115/1.1400747  

    ISSN:0098-2202

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    The two-dimensional characteristics of the vapor-liquid two-phase flow of liquid helium in a pipe are numerically investigated to realize the further development and high performance of new cryogenic engineering applications. First, the governing equations of the two-phase flow, of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multi-fluid model are presented and several flow characteristics are numerically, calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the two-phase flow of liquid helium is shown in detail, and it is also found that the phase transition of the normal fluid to the superfluid and the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow are conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid to gas phase change actively occurs. Furthermore, it is clarified that the mechanism of the He I to He II phase transition caused by the temperature decrease is due to the deprivation of latent heat for vaporization from the liquid phase. According to these theoretical results, the fundamental characteristics of the cryogenic two-phase flow are predicted. The numerical results obtained should contribute to the realization of advanced cryogenic industrial applications.

  141. Two-Dimensional Numerical Simulation of Cavitating Flow of Superfluid Helium II

    Jun Ishimoto, Mamoru Oike, Kenjiro Kamijo

    Proceedings of the First International Symposium on Advanced Fluid Information, AFI-2001 245-250 2001年11月

  142. Two-Dimensional Numerical Simulation of Cavitating Flow of Superfluid Helium II

    Jun Ishimoto, Mamoru Oike, Kenjiro Kamijo

    Proceedings of the First International Symposium on Advanced Fluid Information, AFI-2001 245-250 2001年10月4日

  143. Two-dimensional numerical simulation of boiling two-phase flow of liquid nitrogen 査読有り

    J Ishimoto, M Oike, K Kamijo

    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES 43 (141) 114-121 2000年11月

    出版者・発行元:JAPAN SOC AERONAUT SPACE SCI

    DOI: 10.2322/tjsass.43.114  

    ISSN:0549-3811

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    Two-dimensional characteristics of the boiling two-phase flow of liquid nitrogen in a duct flow are numerically investigated to contribute to the further development of new high-performance cryogenic engineering applications. First, the governing equations of the boiling two-phase flow of liquid nitrogen based on the unsteady drift-flux model are presented and several flow characteristics are numerically calculated taking account the effect of cryogenic flow states. Based on the numerical results, a two-dimensional structure of the boiling two-phase flow of liquid nitrogen is shown in detail, and it is found that the phase change of liquid nitrogen occurs in quite a short time interval compared with that of two-phase pressurized water at high temperature. Next, it is clarified that the distributions of pressure and the void fraction in a two-phase flow show a tendency different from those of fluids at room temperature because of the decrease in sound velocity due to large compressibility and the rapid phase change velocity in a cryogenic two-phase mixture flow. According to these numerical results, the fundamental characteristics of the cryogenic two-phase flow are predicted. The numerical results obtained will contribute to advanced cryogenic industrial applications.

  144. Two-dimensional numerical analysis of boiling two-phase flow of liquid helium 査読有り

    J Ishimoto, M Oike, K Kamijo

    JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES B-FLUIDS AND THERMAL ENGINEERING 43 (1) 62-70 2000年2月

    出版者・発行元:JAPAN SOC MECHANICAL ENGINEERS

    DOI: 10.1299/jsmeb.43.62  

    ISSN:1340-8054

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    The two-dimensional characteristics of the boiling two-phase flow of liquid helium in a duct are numerically investigated to realize the further development and high performance of new cryogenic engineering applications. First, the governing equations of the boiling two-phase flow of liquid helium based on the unsteady drift-flux model are presented and several flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the boiling two-phase flow of liquid helium is shown in detail, and it is found that the vapor gas phase rapidly spreads throughout the inner flow duct because of the change of the pressure gradient due to the effect of superfluidity which appears in momentum equations. Next, it is clarified that the distributions of the void fraction, the velocity field and the instantaneous streamline of two-phase superfluid helium flow show a tendency different from those of normal fluid helium because the counterflow of two-phase superfluid occurs against normal fluid flow. According to these theoretical results, the fundamental characteristics of the cryogenic boiling two-phase flow are predicted. The numerical results obtained would contribute to advanced cryogenic industrial applications.

  145. Numerical Analysis on Boiling Two-Phase Flow of Liquid Helium 査読有り

    Jun Ishimoto, Mamoru Oike, Kenjiro Kamijo

    Proceedings of The 1999 National Heat Transfer Conference, ASME (1999), Albuquerque, New Mexico 1999年8月

  146. Numerical Simulation on Boiling Two-Phase Flow of Liquid Helium 査読有り

    Jun Ishimoto, Mamoru Oike, Kenjiro Kamijo

    Proceedings of The 3rd ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conference FED-Vol.248 1999年7月

  147. 液体ヘリウムの沸騰二相流に関する二次元数値解析 査読有り

    石本淳, 尾池守, 上條謙二郎

    日本機械学会論文集 (B編) 65 (630) 482-489 1999年2月

    DOI: 10.1299/kikaib.65.482  

  148. Numerical Simulation on Boiling Two-Phase Flow of Liquid Nitrogen 査読有り

    Jun Ishimoto, Kenjiro Kamijo, Mamoru Oike

    Proceedings of The International Symposium on Computational Technologies for Fluid/Thermal/Structural/Chemical Systems With Industrial Applications PVP-Vol.377-2 1998年8月

  149. 液体窒素の気液二相流動特性に関する数値解析 査読有り

    石本淳, 尾池守, 上條謙二郎

    日本機械学会論文集 (B編) 64 (622) 1741-1747 1998年6月

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    DOI: 10.1299/kikaib.64.1741  

    ISSN:0387-5016

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    Gas liquid two-phase flow characteristics in a pipe flow of liquid nitrogen are numerically investigated. Firstly, the government equations on two-phase flow of liquid nitrogen based on the unsteady drift-flux model are presented and several characteristics are numerically calculated taking into consideration the effect of cryogenic flow state. It is found that phase change of liquid nitrogen occurs in quite short time interval compared with that of pressurized water in high temperature. Next, it is clarified that the pressure wave in two-phase flow forms strongly steep shape with the time progress because of the nonlinearity based on a compressibility of cryogenic two-phase mixture. According to these theoretical results, it seems reasonable to predict the fundamental characteristics of cryogenic two-phase flow, and the obtained numerical results would contribute to advanced cryogenic engineering applications.

  150. Nonlinear Wave Propagation in Two-Phase Flow of Magnetic Fluid under a Nonuniform Magnetic Field 査読有り

    Jun Ishimoto, Shinichi Kamiyama, Kenjiro Kamijo

    Proceedings of The International Symposium onHydrodynamics of Magnetic Fluids and its Applications 1997年12月

    DOI: 10.1016/S0029-5493(97)00165-9  

  151. Wave propagation in two-phase flow of magnetic fluid under a nonuniform magnetic field 査読有り

    Jun Ishimoto, Shinichi Kamiyama

    Nuclear Engineering and Design 175 (1-2) 87-96 1997年11月1日

    出版者・発行元:Elsevier BV

    DOI: 10.1016/S0029-5493(97)00165-9  

    ISSN:0029-5493

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    The effect of nonuniform magnetic field on the linear and nonlinear wave propagation phenomena in two-phase pipe flow of magnetic fluid is investigated theoretically to realize the effective energy conversion system using boiling two-phase flow of magnetic fluid. Firstly, the governing equations of two-phase flow based on the unsteady thermal nonequilibrium two-fluid model are presented and the linear void wave propagation phenomena in boiling two-phase flow are numerically analyzed by using the finite volume method. Next, the nonlinear pressure wave propagation in gas-liquid two-phase flow is numerically analyzed by using the finite different method. According to these theoretical studies on the wave propagation phenomena in two-phase flow of magnetic fluid, it seems to be a reasonable proposal that the precise control of the wave propagation in two-phase flow is possible by effective use of the magnetic force. © 1997 Elsevier Science S.A.

  152. Wave propagation in two-phase flow of magnetic fluid under a nonuniform magnetic field 査読有り

    J Ishimoto, S Kamiyama

    NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN 175 (1-2) 87-96 1997年11月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE SA

    DOI: 10.1016/S0029-5493(97)00165-9  

    ISSN:0029-5493

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    The effect of nonuniform magnetic field on the linear and nonlinear wave propagation phenomena in two-phase pipe how of magnetic fluid is investigated theoretically to realize the effective energy conversion system using boiling two-phase how of magnetic fluid. Firstly, the governing equations of two-phase flow based on the unsteady thermal nonequilibrium two-fluid model are presented and the linear void wave propagation phenomena in boiling two-phase flow are numerically analyzed by using the finite volume method. Next, the nonlinear pressure wave propagation in gas-liquid two-phase flow is numerically analyzed by using the finite different method. According to these theoretical studies on the wave propagation phenomena in two-phase how of magnetic fluid, it seems to be a reasonable proposal that the precise control of the wave propagation in two-phase flow is possible by effective use of the magnetic force. (C) 1997 Elsevier Science S.A.

  153. Rotating Cavitation in Three and Four-Bladed Inducers 査読有り

    Tomoyuki Hashimoto, Hitoshi Yamada, Shiro Funatsu, Jun Ishimoto, Kenjiro Kamijo, Yoshinobu Tsujimoto

    AIAA Paper, 97-3026, Presented at the 33th AIAA/ASME/SAE /ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit 1997年6月

  154. 非一様磁場下における磁性流体中の気泡の挙動に関する数値解析 査読有り

    石本淳, 神山新一

    日本機械学会論文集(B編) 62 (603) 3777-3783 1996年11月

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    DOI: 10.1299/kikaib.62.3777  

    ISSN:0387-5016

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    The effect of a nonuniform magnetic field on bubble behavior in a pipe flow of magnetic fluid is numerically analyzed in order to realize effective boiling and high performance in a new energy conversion system using boiling two-phase flow of magnetic fluid. The governing equations of a single bubble in Poiseuille flow of magnetic fluid are presented and the translational motion and growth process of bubble are numerically calculated considering the effect of various additional forces which act on the bubble. It is found that the bubble velocity in a flow of magnetic fluid is strongly influenced by the magnetic field strength due to the effect of magnetic body force. Also, the effect of various additional forces which influence bubble behavior is accurately estimated. These fundamental studies show that precise control of bubble behavior is possible by effective use of the magnetic force acting on the fluid.

  155. Behavior and Dynamics of Magnetic Fluid as a Multiphase Fluid 査読有り

    Shinichi Kamiyama, Jun Ishimoto

    Proceedings of The Japan - U.S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics 1996年11月

  156. 磁性流体沸騰二相流の安定性に関する研究 査読有り

    石本淳, 大久保雅章, 神山新一

    日本機械学会論文集(B編) 62 (595) 903-912 1996年3月

    出版者・発行元:The Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/kikaib.62.903  

    ISSN:0387-5016

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    A precise investigation of the stability of the boiling two-phase flow of magnetic fluid under a nonuniform magnetic field is conducted in relation to the development of a new energy conversion system. First, governing equations of boiling two-phase flow based on the unsteady thermal nonequilibrium two-fluid model are presented and analytically solved using a linearization method. Then the analytical results of magnetic stabilization are inspected experimentally by flow visualization and image processing techniques using an experimental apparatus composed of a small test loop. From the theoretical and experimental studies on the stability of boiling two-phase flow of magnetic fluid, the stabilization of two-phase flow is achieved due to the magnetic force of the fluid and appropriate superficial gas-phase velocity. Also, it is clarified both theoretically and experimentally that the axial magnetic field more effectively stabilizes the two-phase magnetic fluid flow than the transverse magnetic field.

  157. Basic study on an energy conversion system using gas-liquid two-phase flows of magnetic fluid - (Analysis on the mechanism of pressure rise) 査読有り

    J Ishimoto, M Okubo, H Nishiyama, S Kamiyama

    JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES B-FLUIDS AND THERMAL ENGINEERING 39 (1) 72-79 1996年2月

    出版者・発行元:JAPAN SOC MECHANICAL ENGINEERS SANSHIN HOKUSEI BLDG

    DOI: 10.1299/jsmeb.39.72  

    ISSN:1340-8054

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    The mechanism of pressure rise in a gas-liquid two-phase pipe flow of a magnetic fluid under a nonuniform magnetic field is investigated in detail both theoretically and experimentally. First, the governing equations of a one-dimensional gas-liquid two-phase flow of a magnetic fluid are presented and numerically solved. Next, the pressure distribution in a nonuniform magnetic field region is measured in the cases of two-phase flow, single-phase flow and the stationary state using a new experimental apparatus for the flow system. From the numerical and experimental results, the magnitude of the pressure components which contribute to the total driving force is accurately estimated. These results on the pressure distribution will contribute to the development of a new energy conversion system using a gas-liquid two-phase magnetic fluid flow.

  158. BOILING 2-PHASE FLOWS OF MAGNETIC FLUID IN A NONUNIFORM MAGNETIC-FIELD 招待有り 査読有り

    S KAMIYAMA, J ISHIMOTO

    JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS 149 (1-2) 125-131 1995年8月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/0304-8853(95)00354-1  

    ISSN:0304-8853

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    The effects of a magnetic field on the characteristics of boiling two-phase pipe flow of a temperature-sensitive magnetic fluid are clarified in detail both theoretically and experimentally. Firstly, the governing equations of boiling two-phase flow of a magnetic fluid are presented and numerically solved. Secondly, the aspect of boiling two-phase flow is visualized with ultrasonic wave echo in the region of non-uniform magnetic field and various distributions of two-phase flow characteristics are obtained. Finally, the effect of a magnetic field on the stability of boiling two-phase pipe flow of a magnetic fluid under a non-uniform magnetic field is investigated both theoretically and experimentally. These fundamental studies show that the precise control and stabilization of boiling two-phase flow of a magnetic fluid are possible by using the magnetic force of the fluid effectively.

  159. BUBBLE BEHAVIOR IN MAGNETIC FLUID UNDER A NONUNIFORM MAGNETIC-FIELD 査読有り

    J ISHIMOTO, M OKUBO, S KAMIYAMA, M HIGASHITANI

    JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES B-FLUIDS AND THERMAL ENGINEERING 38 (3) 382-387 1995年8月

    出版者・発行元:JAPAN SOC MECHANICAL ENGINEERS SANSHIN HOKUSEI BLDG

    DOI: 10.1299/jsmeb.38.382  

    ISSN:0914-8817

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    Experimental study is made to clarify the effects of nonuniform magnetic field on bubble behavior in a magnetic fluid. The behavior of vapor bubbles is visualized with ultrasonic wave echo under the nonuniform magnetic field. It is found that the void fraction in two-phase flow decreases with increase in the magnetic field due to the effect of magnetic body force. Furthermore, the effects of nonuniform magnetic field on translational motion and deformation of a single gas bubble in a magnetic fluid are experimentally examined using a transparent thin duct, called a Hele-Shaw cell. The experimental results indicate that a single bubble is decelerated in the region of positive magnetic field gradient and accelerated in the region of negative magnetic field gradient, and that it is elongated in the direction of the magnetic field.

  160. Visualization Analysis on the Boiling Two-Phase Flow Characteristics of Magnetic Fluid in a Nonuniform Magnetic Field 査読有り

    Jun Ishimoto, Masaaki Okubo, Shinichi Kamiyama

    Proceedings of The Symposium on Flow Visualization and Image Processing of Multiphase Systems, ASME/JSME Fluids Engineering Division Meeting FED-Vol.209 1995年8月

  161. 7.Influence of Magnetic Field on the Bubble Size in the Boiling Magnetic Fluids 査読有り

    Krakov, Mikhail, Shinichi Kamiyama, Jun Ishimoto

    Proceedings of the 14th International Riga Conference on Magnetohydrodynamics, MAHYD 95 1995年8月

  162. Effect of Magnetic Field on the Stability of Boiling Two-Phase Flows of Magnetic Fluid, 査読有り

    Jun Ishimoto, Masaaki Okubo, Shinichi Kamiyama

    Proceedings of the 2nd International Conference on Multiphase Flow 4 FC17-FC24 1995年4月

  163. 感温磁性流体沸騰二相流エネルギー変換システムに関する基礎研究 (熱非平衡モデルによる理論解析と超音波エコーを用いた流れの可視化計測) 査読有り

    石本淳, 大久保雅章, 神山新一

    日本機械学会論文集(B編) 61 (581) 157-165 1995年1月

    出版者・発行元:The Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/kikaib.61.157  

    ISSN:0387-5016

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    Effects of magnetic field on the characteristics of boiling two-phase pipe flow of temperature-sensitive magnetic fluid are clarified in detail both theoretically and experimentally. Firstly, governing equations of two-phase magnetic fluid flow based on the thermal nonequilibrium two-fluid model are presented and numerically solved considering evaporation and condensation between gas- and liquid-phases. Next, behaviour of vapor bubbles is visualized with ultrasonic echo in the region of nonuniform magnetic field. This is recorded and processed with an image processor. As a result, the distributions of void fraction in the two-phase flow are obtained. Furthermore, detailed characteristics of the two-phase magnetic fluid flow are investigated using a small test loop of the new energy conversion system. From the numerical and experimental results, it is known that the precise control of the boiling two-phase flow and bubble generation is possible by using the nonuniform magnetic field effectively. These fundamental studies on the characteristics of two-phase magnetic fluid flow will contribute to the development of the new energy conversion system using a gas-liquid boiling two-phase flow of magnetic fluid.

  164. Basic Study on an Energy Conversion System Using Gas-Liquid Two-Phase Flows of Magnetic Fluid 査読有り

    Masaaki Okubo, Jun Ishimoto, Hideya Nishiyama, Shinichi Kamiyama

    Proceedings of the ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting 105-110 1994年6月

  165. Basic Study on an Energy Conversion System Using Gas-Liquid Two-Phase Flow of Magnetic Fluid 査読有り

    Masaaki Okubo, Jun Ishimoto, Shinichi Kamiyama, Hiroyuki Yamasaki

    Proceedings of the 16th Symposium on Efficient Use of Energy and Direct Electrical Power Generation 1994年6月

  166. A Basic Study on an Energy Conversion System Using a Gas-Liquid Two-Phase Magnetic Fluid Flow in a Nonuniform Magnetic Field 査読有り

    Jun Ishimoto, Masaaki Okubo, Hideya Nishiyama, Shinichi Kamiyama

    Proceedings of the International ISEM Symposium on Simulation and Design of Applied Electromagnetic Systems 461-464 1994年5月

  167. Bubble Behavior in a Magnetic Fluid under a Nonuniform Magnetic Field 査読有り

    Shinichi Kamiyama, Jun Ishimoto, Masaaki Okubo, Masaru Higashitani

    Proceedings of The Second International Symposium on Cavitation 305-310 1994年4月

  168. 超音波エコーを用いた磁性流体沸騰二相流の可視化画像計測

    石本 淳, 大久保 雅章, 神山 新一

    可視化情報学会誌 14 (2) 197-200 1994年

    出版者・発行元:社団法人 可視化情報学会

    DOI: 10.3154/jvs.14.Supplement2_197  

    ISSN:0916-4731

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    The flow visualization and the image processing of boiling two-phase pipe flow of magnetic fluid under nonuniform magnetic field are conducted with the ultrasonic wave echo technique. From this visualization measurement, it is clarified that the distributions of void fraction and the bubble generation are strongly influenced by the magnetic field. Next, the stabilization of the two-phase flow is experimentally examined using the image processing technique, and the experimental results are qualitatively agreement with theoretical results. These fundamental studies on the flow visualization measurement indicate that the precise control and stabilization of the two-phase flow are possible by using the magnetic force of the fluid effectively.

  169. Analytical Study on Two-Phase MHD Flow of Electrically Conducting Magnetic Fluid 査読有り

    Masaaki Okubo, Jun Ishimoto, Hideya Nishiyama, Shinichi Kamiyama

    Magnetohydrodynamics 29 (3) 291-297 1994年1月

  170. 感温導電性磁性流体二相流MHD発電システムの研究 (管内流動特性および発電特性の理論的考察) 査読有り

    石本淳, 大久保雅章, 神山新一

    日本機械学会論文集(B編) 60 (571) 891-898 1994年

    DOI: 10.1299/kikaib.60.891  

    ISSN:0387-5016

  171. 磁性流体気液二相流を用いたエネルギー変換システムに関する基礎研究 (圧力上昇効果に関する検討) 査読有り

    石本淳, 大久保雅章, 西山秀哉, 神山新一

    日本機械学会論文集(B編) 59 (566) 3071-3077 1993年10月

    DOI: 10.1299/kikaib.59.3071  

  172. 磁性流体気液二相流の管内圧力分布に関する基礎研究

    石本淳, 大久保雅章, 西山秀哉, 神山新一

    磁性流体連合講演会講演論文集 49-51 1992年12月

  173. 磁性流体沸騰二相流を用いたエネルギー交換システムに関する基礎研究

    石本淳, 大久保雅章, 西山秀哉, 神山新一

    混相流シンポジウム 25-28 1992年7月

  174. 磁性流体気液二相流を用いたエネルギー変換システムに関する基礎研究

    石本淳, 大久保雅章, 西山秀哉, 神山新一

    第4回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講演論文集 305-308 1992年6月

  175. 磁性流体気液二相流における気泡運動の画像解析

    大久保雅章, 石本淳, 西山秀哉, 神山新一

    磁性流体連合講演会講演論文集 31-33 1991年12月

  176. 導電性磁性流体の沸騰二相流に関する理論解析

    石本淳, 大久保雅章, 西山秀哉, 神山新一

    磁性流体連合講演会講演論文集 25-27 1991年12月

  177. Analytical Study on Two-Phase MHD Flow of Electrically Conducting Magnetic Fluid 査読有り

    Masaaki Okubo, Jun Ishimoto, Hideya Nishiyama, Shinichi Kamiyama

    Proceedings of The International Conference on Energy Transfer in Magnetohydrodymamic Flows 323-328 1991年9月

  178. 磁性流体沸騰二相流に関する研究

    伊豆浩樹, 長倉良樹, 大久保雅章, 西山秀哉, 神山新一, 石本淳

    第3回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム 387-392 1991年6月

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MISC 32

  1. 0903 ラバルノズル内における固相変化を伴う極低温混相流動特性に関する数値解析

    阿部 開史, 石本 淳, 落合 直哉

    流体工学部門講演会講演論文集 2015 "0903-1"-"0903-2" 2015年11月7日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-0251

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    The innovative characteristics of the cryogenic single-component micro-nano solid nitrogen (SN_2) particle production using super adiabatic Laval nozzle and its application to the ultra-high heat flux cooling process are investigated by a new type of integrated measurement coupled computational technique. Furthermore, cooling characteristics and impingement behavior of cryogenic micro-solid nitrogen (SN_2) particles in relation to a heated wafer substrate were investigated for application to next generation cooling technology. It is especially found that high-speed ultra-fine SN_2 particle is continuously generated due to the freezing of liquid nitrogen (LN_2) droplet induced by rapid adiabatic expansion of subsonic subcooled two-phase subcooled nitrogen flow passing through the Laval nozzle.

  2. 0906 メガソニック場中における壁面近傍での複数気泡挙動の数値シミュレーション

    落合 直哉, 石本 淳

    流体工学部門講演会講演論文集 2015 "0906-1"-"0906-2" 2015年11月7日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-0251

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    Megasonic cleaning, which uses higher frequency wave at and above 1 MHz, have been studies for efficient cleaning without pattern damage in semiconductor industry. To clarify multi bubble dynamics in megasonic field, in the present study, numerical simulations of two and three oscillating bubble near wall boundary in megasonic field are performed using a compressible locally homogeneous model of a gas-liquid two-phase model. In the calculation of two bubbles with the initial radii of 2.0 μm, the oscillating amplitudes of the bubbles grow, the bubbles approach, coalesce, and induce the higher pressure. It is found that in the cases of two bubbles, the induced pressures in the case of R_0 &ge; 2.2 μm are smaller than these in the case of single bubble and these in the case of R_0 &le; 2:0 μm are larger than these in the case of single bubble.

  3. 機械工学年鑑,7. 流体工学

    西山秀哉, 福西祐, 伊澤精一郎, 浅井圭介, 澤田恵介, 孫明宇, 祖山均, 石本淳, 山本悟, 伊賀由佳, 須藤誠一, 中野政身, 佐藤岳彦, 高奈秀匡, 徳増崇, 米村茂, 早瀬敏幸, 石川拓司

    日本機械学会誌 118 (1161) 27-33 2015年8月5日

    出版者・発行元:日本機械学会

  4. 高応答性流体の異分野融合展開

    石本淳, 西山秀哉, 高奈秀匡, 徳増崇, 寒川誠二, 久保田智広, SAITO Kozo, 姫野武洋, 新城淳史, 岡村崇弘, 松浦一雄, 井上元

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学研究拠点活動報告書 2013 2014年

  5. 高応答性流体の異分野融合展開

    石本淳, 西山秀哉, 高奈秀匡, 徳増崇, 寒川誠二, 久保田智広, SAITO Kozo, 姫野武洋, 新城淳史, 岡村崇弘, 松浦一雄, 井上元

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学研究拠点活動報告書 2012 2013年

  6. 高応答性流体の異分野融合展開

    石本淳, 西山秀哉, 高奈秀匡, 徳増崇, 寒川誠二, 久保田智広, SAITO Kozo, 姫野武洋, 新城淳史, 岡村崇弘, 松浦一雄, 井上元

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学研究拠点活動報告書 2011 2012年

  7. 機能性流体のマルチスケール流動とシステム化

    西山秀哉, 中野政身, 大平勝秀, 山口博司, 澤田達雄, 石本淳, 川野聡恭ほか

    機能性流体のマルチスケール流動とシステム化に関する研究分科会成果報告書 1-135 2010年12月

    出版者・発行元:日本混相流学会

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    2007.9~2010.7研究分科会 R&amp;P Committee 6

  8. 0138 水素噴流漏洩を伴う部分開放空間におけるセンシングに基づくリスク緩和制御(OS1-8 噴流,後流および剥離流れ現象の解明と制御,オーガナイズドセッション)

    松浦 一雄, 中野 政身, 石本 淳

    流体工学部門講演会講演論文集 2010 81-82 2010年10月29日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

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    This paper treats the real-time sensing-based risk-mitigation control of hydrogen jet leakage in a partially open space with low openings by forced ventilation. After describing the computational geometry and scenarios, and the mathematical model and numerical procedure, we propose a partially open space that is robust to external environment. Related to this model, a risk-mitigation control algorithm to change the exhaust volume rate based on the least-square method for hydrogen sensor signals is proposed considering the results of applying various exhaust volume rates to the dispersion fields. The proposed method is validated against representative cases.

  9. 0511 マイクロソリッドジェットによる超高熱流束冷却と新型半導体レジストはく離システムの開発(OS5-2 機能性流体工学の新展開,オーガナイズドセッション)

    石本 淳, 丹 大輔

    流体工学部門講演会講演論文集 2010 179-180 2010年10月29日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

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    The ultra-high heat flux characteristics and rapid cooling effect of the micro-solid nitrogen (SN_2) spray flow through a two-fluid nozzle to the heated plate was numerically investigated and measured by a new type of integrated simulation technique. Furthermore, PIA mesurement has been applied to clarify the solid-particle diameter profiles of the micro-solid spray, and the wafer resist removal characteristics by thermo-mechanical effect was investigated. Based on the integrated numerical and experimental study, a new type of ultra-high heat flux cryogenic cooling system and the thermomechanical resist removal-cleaning system using cryogenic micro-solid spray was developed.

  10. マイクロスラッシュ噴霧流に関する CFD-PIA shadow 融合計測

    石本 淳, 丹 大輔

    可視化情報学会誌. Suppl. = Journal of the Visualization Society of Japan 29 (2) 289-290 2009年10月15日

    ISSN:0916-4731

  11. マイクロキャビテーションを伴うインジェクター微粒化機構の融合可視化

    石本 淳, 佐藤 史教, 佐藤 岳

    可視化情報学会誌. Suppl. 28 (1) 431-432 2008年7月1日

    ISSN:0916-4731

  12. スラッシュ窒素の圧力損失低減効果と熱伝達特性

    大平 勝秀, 高橋 則史, 石本 淳, 野澤 正和, 高橋 幸一

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 78 59-59 2008年5月26日

    ISSN:0919-5998

  13. マイクロキャビテーションを伴うガソリンインジェクター噴霧微粒化機構に関する融合計算

    石本 淳, 佐藤 史教, 佐藤 岳

    微粒化シンポジウム講演論文集 = Symposium (ILASS-Japan) on Atomization 16 210-213 2007年12月19日

    ISSN:1341-6030

  14. スラッシュ窒素の管内流動特性に関する数値解析

    向井 康晃, 大平 勝秀, 石本 淳, 野澤 正和, 前村 孝志, 神谷 卓伸

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 77 284-284 2007年11月20日

    ISSN:0919-5998

  15. スラッシュ窒素管内流動時の圧力損失特性と固体粒子挙動

    野澤 正和, 大平 勝秀, 石本 淳, 岡崎 直人, 高橋 幸一, 神谷 卓伸

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 77 283-283 2007年11月20日

    ISSN:0919-5998

  16. 水平管内を流動するスラッシュ窒素の熱伝達特性

    高橋 則史, 熊谷 典昭, 大平 勝秀, 石本 淳, 野澤 正和

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 77 285-285 2007年11月20日

    ISSN:0919-5998

  17. スラッシュ水素実用化のための熱・流動現象の研究

    大平 勝秀, 石本 淳, 野澤 正和

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 77 287-287 2007年11月20日

    ISSN:0919-5998

  18. モデリングとシミュレーション : モデリングII

    石本 淳

    微粒化 = Atomization : journal of the ILASS-Japan 15 (52) 129-129 2007年1月31日

    ISSN:1341-6022

  19. 第10回オーガナイズド混相流フォーラム (OMF2006-Sendai) 報告

    石本 淳

    混相流 20 (4) 367-369 2006年12月15日

    出版者・発行元:日本混相流学会

    ISSN:0914-2843

  20. スラッシュ窒素の管内流動時における圧力損失減少特性

    大平 勝秀, 小泉 憲裕, 新井山 一樹, 倉 登志男, 石本 淳, 神谷 卓伸

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 75 167-167 2006年11月15日

    ISSN:0919-5998

  21. 1301 ガソリンインジェクター内液体微粒化機構に関する融合計算(2)(OS13-1 計測とシミュレーションの融合,OS13 計測とシミュレーションの融合,オーガナイズドセッション)

    石本 淳, 保科 栄宏, 土山 正, 渡辺 秀行, 芳賀 麻子

    流体工学部門講演会講演論文集 2006 "1301-1"-"1301-4" 2006年10月28日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

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    The governing equations for high-speed lateral atomizing injector nozzle flow based on the LES-VOF model in conjunction with the CSF model are presented, and then an integrated parallel computation are performed to clarify the detailed atomization process of a high speed nozzle flow and to acquire data which is difficult to confirm by experiment such as atomization length, liquid core shapes, droplets size distributions, spray angle and droplets velocity profiles. According to the present analysis, it is found that the atomization rate and the droplets-gas two-phase flow characteristics are controlled by the turbulence perturbation upstream of the injector nozzle, hydrodynamic instabilities at the gas-liquid interface, shear stresses between liquid core and periphery of the jet. Furthermore, stable and a high-resolution computation can be attained in the high density ratio (ρ_l/ρ_g=554) conditions conditions by using our numerical method.

  22. 1301 ガソリンインジェクター内液体微粒化機構に関する融合計算(1)(OS13-1 計測とシミュレーションの融合,OS13 計測とシミュレーションの融合,オーガナイズドセッション)

    石本 淳, 保科 栄宏, 土山 正, 渡辺 秀行, 芳賀 麻子

    流体工学部門講演会講演論文集 2006 "1301-a" 2006年10月28日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

  23. スラッシュ状極低温流体の流動試験装置の開発

    大平 勝秀, 新井山 一樹, 小泉 憲裕, 倉 登志男, 石本 淳, 神谷 卓伸

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 74 124-124 2006年5月15日

    ISSN:0919-5998

  24. アルゴインゴットのクラック軽減型ミスト流冷却システムに関する数値解析 : 加熱アルミ平板における衝突ウォータミスト流の冷却特性に関する数値予測

    石本 淳, 伊藤 昭彦, SAITO Kozo

    微粒化シンポジウム講演論文集 = Symposium (ILASS-Japan) on Atomization 11 158-163 2002年12月19日

    ISSN:1341-6030

  25. アルミインゴットのクラック軽減型ミスト流冷却システムに関する基礎実験 : 加熱アルミ平板における衝突ミスト流の冷却特性に関する画像計測

    大野 隆介, 石本 淳, 伊藤 昭彦, SAITO Kozo

    微粒化シンポジウム講演論文集 = Symposium (ILASS-Japan) on Atomization 11 152-157 2002年12月19日

    ISSN:1341-6030

  26. 超流動ヘリウムキャビテーション流れの数値シミュレーション

    石本 淳, 尾池 守, 上條 謙二郎

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 65 162-162 2001年11月23日

    ISSN:0919-5998

  27. 812 超流動He IIキャビテーション流れの数値解析(O.S.8-3 極低温混相流)(O.S.8 混相流)

    石本 淳, 尾池 守, 上條 謙二郎

    流体工学部門講演会講演論文集 2001 111-111 2001年9月28日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

  28. F334 多流体モデルを用いた液体ヘリウムキャビテーション流れの数値解析

    石本 淳, 尾池 守, 上條 謙二郎

    日本流体力学会年会講演論文集 2001 571-572 2001年

    出版者・発行元:日本流体力学会

    ISSN:1342-8004

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    The two-dimensional characteristics of the vapor-liquid cavitating flow of liquid helium in a pipe are numerically investigated to realize the further development and high performance of new cryogenic engineering applications. First, the governing equations of the two-phase flow of liquid helium based on the unsteady thermal nonequilibrium multi-fluid model are presented and several flow characteristics are numerically calculated, taking into account the effect of superfluidity. Based on the numerical results, the two-dimensional structure of the cavitating flow of liquid helium is shown in detail, and it is also found that the phase transition of the normal fluid to the superfluid and the generation of superfluid counterflow against normal fluid flow are conspicuous in the large gas phase volume fraction region where the liquid to gas phase change actively occurs.

  29. 116 液体窒素の管内気液二相流れの研究(流体工学IV)

    山森 慎也, 石本 淳, 尾池 守, 上條 謙二郎

    講演論文集 2000 (35) 34-35 2000年3月11日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

  30. 超流動ヘリウム沸騰混相流に関する二次元数値解析

    石本 淳, 尾池 守, 上條 謙二郎

    低温工学・超電導学会講演概要集 = Meetings of Cryogenics and Superconductivity 61 42-42 1999年11月10日

    ISSN:0919-5998

  31. 第1回オーガナイズド混相流フォーラム(混相流の数値解析)に参加して

    石本 淳

    混相流 12 (1) 92-93 1998年3月15日

    ISSN:0914-2843

  32. Bubble Behavior in Magnetic Fluid under a Nonuniform Magnetic Field

    ISHIMOTO Jun, OKUBO Masaaki, KAMIYAMA Shinichi, HIGASHITANI Masaru

    JSME international journal. Ser. B, Fluids and thermal engineering 38 (3) 382-387 1995年8月15日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1340-8054

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    Experimental study is made to clarify the effects of nonuniform magnetic field on bubble behavior in a magnetic fluid. The behavior of vapor bubbles is visualized with ultrasonic wave echo under the nonuniform magnetic field. It is found that the void fraction in two-phase flow decreases with increase in the magnetic field due to the effect of magnetic body force. Furthermore, the effects of nonuniform magnetic field on translational motion and deformation of a single gas bubble in a magnetic fluid are experimentally examined using a transparent thin duct, called a Hele-Shaw cell. The experimental results indicate that a single bubble is decelerated in the region of positive magnetic field gradient and accelerated in the region of negative magnetic field gradient, and that it is elongated in the direction of the magnetic field.

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書籍等出版物 1

  1. Nano-Mega Scale Flow Dynamics in Complex Systems (Edited by S. Maruyama and H. Nishiyama), The 21st Century COE Program International COE of Flow Dynamics Lecture Series

    Hideya Nishiyama, Michio Tokuyama, Takehiko Sato, Toshiaki Ikohagi, Yasuaki Kohama, Jun Ishimoto

    Tohoku University Press. 2007年11月

    ISBN: 9784861630811

講演・口頭発表等 72

  1. マイクロ溝部における溶融ろう材の表面張力流れに関する数値解析

    大槻拓史, ケーヒン・サーマル・テクノロジー, 小笠原直樹, ケーヒン, サーマル・テクノロジー, 石本淳(東北大, 仲野是克

    混相流シンポジウム2020 オーガナイズドセッション(OS-5マルチスケール混相流と異分野融合科学) 2020年8月21日

  2. Coupled computing of cryogenic fine solid particle production and its impingement with deformable behavior 国際会議

    ELyT Workshop 2019, On-Campus Workshop 2019年3月9日

  3. Advanced computational study for high-pressure spray and atomization phenomena

    石本 淳

    Australia-Japan Fluid Dynamics Workshop 2019年1月31日

  4. 極低温ファイン固体窒素粒子生成と基板衝突変形挙動に関する連成解析

    浅沼 伸寛, 石本 淳, 落合 直哉

    第32回数値流体力学シンポジウム 2018年12月11日

  5. Coupled FSI computing for resilient energy systems and disaster science 国際会議

    石本 淳

    2nd Workshop Lyon Center (Organized with ELyT Global and ELyTMaX, with INSA Lyon and IFS, Tohoku University) November 20th, 2018, Ecole Centrale de Lyon, France 2018年11月20日

  6. LES-VOF法によるダイカストの射出時微粒化現象のシミュレーションシステムの開発

    小屋栄太郎, 中川昌彦, 北川真也, 究所, 石本淳, 仲野是克, 落合直哉

    日本鋳造工学会 第172 回全国講演大会 2018年10月13日

  7. ダイカスト射出時の微粒化現象の撮影

    小屋栄太郎, 中川昌彦, 北川真也, 究所, 石本淳, 仲野是克, 落合直哉

    日本鋳造工学会 第172 回全国講演大会 2018年10月13日

  8. 極低温微細固体粒子噴霧流動特性の解明とNon-aqueous ウエハ洗浄への応用 招待有り

    石本 淳

    混相流シンポジウム2018 オーガナイズドセッション(OS-4混相噴流・後流・はく離流れの流動と制御) 2018年8月10日

  9. メガソニック場中の気泡振動による粒子除去の流体構造連成数値解析

    落合直哉, 石本淳

    混相流シンポジウム2018 オーガナイズドセッション(OS-5マルチスケール混相流と異分野融合科学) 2018年8月8日

  10. 砂塵を含む混相竜巻の旋回流動特性に関する研究

    平田憲真, 石本淳, 東, 落合直哉

    混相流シンポジウム2018 オーガナイズドセッション(OS-5マルチスケール混相流と異分野融合科学) 2018年8月8日

  11. 高圧容器のき裂伝ぱを伴う水素漏えい現象に関する連成解析

    嶋田悟, 石本淳, 東, 落合直哉, Alain Combescure(INSA

    混相流シンポジウム2018 オーガナイズドセッション(OS-5マルチスケール混相流と異分野融合科学) 2018年8月8日

  12. Numerical research of solidification dynamics with anisotropy and thermal fluctuations 国際会議

    XI-th International Conference on Computational Heat, Mass and Momentum Transfer (ICCHMT 2018), May 21st– 24th, Galaxy Hotel, Kraków, Ploland. 2018年5月21日

  13. Coupled particle and Euler method for leaked hydrogen-air mixing with crack propagation of pressure vessel 国際会議

    8th European-Japanese Two-Phase Flow Group Meeting, The Watson Hotel in Manhattan, 22nd – 26th, April, 2018, New York, USA. 2018年4月22日

  14. 高密度水素貯蔵に関する安全性シミュレーション

    低温工学・超伝導学会 第5回冷凍部会(公開)例会/環境・安全委員会,2014年12月17日,(川崎重工業 新東京本社,港区) 2014年12月17日

  15. Supercomputing of tsunami damage mitigation by offshore mega floating structures 国際会議

    International Innovation Workshop on Tsunami, Snow Avalanche and Flash Flood Energy Dissipation, Oct. 20-21, 2014, Chamonix, France 2014年10月21日

  16. Development of Thermomechanical Resist Removal-Cleaning Technology using Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Spray 国際会議

    11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  17. Dynamic Simulation of Snowblower in Consideration of Snow Characteristic 国際会議

    The SecondProceedings of the International Symposium on Innovative Energy Research III, Multiphase Energy Science and Risk Mitigation 2014年10月

  18. Numerical Prediction of Compressible Vapor Flow with LDI Erosion 国際会議

    11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  19. Numerical Study of Flotsam Mixed Tsunami and Tsunami Scale Modeling 国際会議

    11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  20. Researches on a Sensing-based Dynamic Forced Ventilation Control of Leaking Hydrogen 国際会議

    11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014), Oct. 8-10, 2014, Sendai International Center, Sendai, Japan. 2014年10月

  21. 先端産業における混相流動のスーパーコンピューティングと高度化

    日本機械学会 産業界におけるCFD利用の高度化に関する研究分科会,2014年9月26日, (東京理科大学・神楽坂キャンパス, 新宿区) 2014年9月26日

  22. 一成分極低温マイクロ・ナノ固体窒素スプレー利用型ナノデバイス洗浄システムの開発

    STARCワークショップ2014,2014年9月3日,新横浜国際ホテル(横浜市) 2014年9月3日

  23. 先端混相流に関する融合型スーパーコンピューティング

    第4回DADiSP利用技術研究会,2014年8月1日, (ベルサール九段,千代田区) 2014年8月1日

  24. リアルタイムセンシングに基づく漏洩水素の強制ベントにおける上限排出量の動的調節

    混相流学会年会講演会2014 オーガナイズドセッション(OS-6 サステナブル異分野融合型混相流),2014年 7月28 -30日,道民センター「かでる2・7」(札幌市) 2014年7月28日

  25. 固相変化を伴うラバルノズル内極低温混相流動と冷却熱伝達特性に関するスーパーコンピューティング

    混相流学会年会講演会2014 オーガナイズドセッション(OS-6 サステナブル異分野融合型混相流),2014年 7月28 -30日,道民センター「かでる2・7」(札幌市) 2014年7月28日

  26. 粒子法を用いた雪の特性モデリングと挙動シミュレーション 第2 報

    混相流学会年会講演会2014 オーガナイズドセッション(OS-6 サステナブル異分野融合型混相流),2014年 7月28 -30日,道民センター「かでる2・7」(札幌市) 2014年7月28日

  27. Ultra-High Heat Flux Cooling Characteristics of Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Particles and Its Application to Semiconductor Wafer Cleaning Technology 国際会議

    25th International Cryogenic Engineering Conference and the International Cryogenic Materials Conference in 2014, ICEC 25–ICMC 2014, July 7-11, 2014, University of Twente, Enschede, The Netherlands. 2014年7月

  28. 混相流動のスーパーコンピューティングと先端産業応用

    日立研究所 技術研究会,2014年7月1日(日立研究所機械研究センター,ひたちなか市) 2014年7月1日

  29. Multiphase High Density Hydrogen Energy and its Risk Assessment 国際会議

    The 20th World Hydrogen Energy Conference 2014, June 15-20, 2014, Kimdaejung Convention Center,Gwangju Metropolitan City, Korea. 2014年6月

  30. Coupled Supercomputing of Fluid and Structure Interaction Caused by Flotsam Mixed Tsunami 国際会議

    1st International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems (COMPSAFE2014), Sendai International Center, 13-16 April 2014 in Sendai, Japan. 2014年4月

  31. Multiscale coupled computing of multiphase fluid-structure interaction 国際会議

    2nd Core-to-Core Workshop ”Japan-China Joint Workshop on Bio, Material and Flow Dynamics” 2014年2月27日

  32. Multiscale Coupled Supercomputing of Multiphase Fluid-Material Interaction 国際会議

    ELyT Workshop 2014 in Frejus, France, February 19 – 21, 2014 2014年2月20日

  33. Multiscale coupled computing of multiphase fluid-structure interaction 国際会議

    2nd Core-to-Core Workshop ”Japan-China Joint Workshop on Bio, Material and Flow Dynamics, Feb. 27, 2014, IFS, Tohoku University, Sendai, Japan 2014年2月

  34. Thermomechanical Resist Removal‐Cleaning Technology Using Cryogenic Micro‐Nano Solid Nitrogen Spray 国際会議

    Center for High-rate Nanomanufacturing Fall Seminar Series, November 16th , 2012, College of Engineering, Northeastern University, Boston, USA 2012年11月16日

  35. Numerical Prediction of Cavitation Erosion Using a Coupled Analysis of Cavitating Flow Field and Bubbles 国際会議

    12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  36. Innovative Development of Frontier Multiphase Flow Systems by Reality Coupled Computation 国際会議

    12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  37. Numerical Study of Influence of Initial Standoff Distance on Impulsive Pressure Induced by Single Bubble Collapse near Wall Boundary (Integration to the Next-generation Megasonic Cavitation Cleaning Technology) 国際会議

    12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  38. Integrated Research Collaboration for Frontier Science of Next Generation Reactive Fluid 国際会議

    12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  39. Thermomechanical Nano Device Resist Removal-Cleaning Technology by Using Cryogenic Spray Flow of Solid Nitrogen 国際会議

    12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  40. Super Computational Study of High-Speed Droplet-Vapor Flow and LDI Erosion 国際会議

    12th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2012, Sendai, Miyagi, Japan, Nov. 19-21 2012年11月

  41. 極低温マイクロ・ナノ固体窒素噴霧を用いたレジストはく離・洗浄特性に関する基礎研究

    第73回応用物理学会学術講演会 2012年9月11日

    詳細を見る 詳細を閉じる

    シンポジウム 界面ナノ電子化学:産業界と学術界との界面融合へ(界面ナノ電子化学研究会企画) [9/11日 愛媛大学]

  42. Supercomputing approach of flotsam mixed tsunami in narrow region 国際会議

    International Innovation Workshop on Off Shore Tsunami Energy Dissipation and Peak Height Alleviation, September 10-12, 2012, Tohoku University, Sendai, Japan 2012年9月10日

  43. 微細固体窒素スプレーを用いたウエハレジストはく離-洗浄特性に関する研究

    日本混相流学会年会講演会2012(東京大学 柏キャンパス) 2012年8月

  44. ULTRA-COOLING HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS USING CRYOGENIC MICRO-SOLID NITROGEN SPRAY 国際会議

    ASME 2012 Summer Heat Transfer Conference, July 8-12, 2012, Rio Grande, Puerto Rico, USA 2012年7月

  45. Innovative Nano-Device Cleaning Technology Using Cryogenic Spray Flow of Micro-Solid Nitrogen 国際会議

    Technical Congress of Progress and Innovation for Smart Materials and Related Technology (PI-SMART), April 24 2012, Hirosaki, Japan 2012年4月

  46. New technology for physical photoresist removal-cleaning method using cryogenic micro-solid nitrogen spray 国際会議

    Annual Workshop of ELyT Laboratory on March 12 - 14, 2012 Presqu’ile de Giens, France 2012年3月14日

  47. Thermomechanical Resist Removal-Cleaning Technology Using Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Spray 国際会議

    第14回韓国洗浄技術協議会(漢陽大学ERICAキャンパス) 2011年11月24日

  48. Integrated Experimental and Numerical Study of Thermomechanical Resist Removal-Cleaning Performance Using Cryogenic Micro-Solid Nitrogen Spray 国際会議

    220th ECS Meeting and Electrochemical Energy Summit 2011年10月9日

  49. 「OpenFOAMによる混相流体解析手法の新展開」

    異業種交流会 「混相流のための OpenFOAM セミナー」 2011年1月11日

    詳細を見る 詳細を閉じる

    主催: 日本鉄鋼協会 精錬反応プロセスにおける混相流・多重スケール解析技術の開発研究会 協賛: 日本混相流学会 混相流技術リエゾン専門委員会

  50. 「極低温マイクロ・ナノソリッドスプレー利用型半導体洗浄システムの開発」 次世代技術パビリオンの出展社によるプレゼンテーション 国際会議

    SEMICON 2010 2010年12月1日

  51. The Effect of Micro-Cavitation on Interfacial Phenomena and Vortex Structure of Atomizing Flow in Gasoline Injector Nozzle 国際会議

    10th International Symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, AFI/TFI-2010 2010年11月1日

  52. Integrated Super Computational Prediction of Liquid Droplet Impingement Erosion 国際会議

    The Joint International Conference of the 7th Supercomputing in Nuclear Application and the 3rd Monte Carlo (SNA + MC2010) 2010年10月17日

  53. Thermomechanical Resist Removal-Cleaning System Using Cryogenic Micro-Slush Jet 国際会議

    The Symposium on Ultra Clean Processing of Semiconductor Surfaces (UCPSS), 2010年9月20日

  54. Integrated super computational analysis of atomization process of magnetic fluid jet 国際会議

    The 12th International conference on Magnetic Fluids 2010年8月1日

  55. マイクロキャビテーションを伴うガソリンインジェクター乱流噴霧微粒化プロセスに関する融合計算

    東京大学ロケットエンジンモデリングラボラトリー 第3回ワークショップ「微粒化現象解明へのアプローチ」 2009年11月20日

  56. 二流体ノズルによるマイクロスラッシュ粒子生成の融合計算

    日本機械学会 2009年度年次大会 2009年9月13日

  57. マイクロキャビテーションを伴うインジェクター噴霧微粒化の融合CFD

    石本 淳, 佐藤 史教, ケーヒン, 佐藤 岳

    キャビテーションに関するシンポジウム (第14回) 2009年3月19日

  58. 液体水素ピンホール漏洩ジェットの微粒化に関する融合CFD予測

    平成19年度 第3回 電気・水素複合エネルギーシステム研究会 2008年1月11日

  59. O-6.マイクロキャビテーションを伴うガソリンインジェクター噴霧微粒化機構に関する融合計算

    第16回微粒化シンポジウム 2007年12月20日

  60. Integrated Computation of the Effect of Micro-Cavitation on Atomization Process 国際会議

    AFI/TFI-2007, Commemoration of the 100th Anniversary of Tohoku University 2007年12月14日

  61. 液体水素ピンホール漏洩ジェット流の微粒化過程に関する融合数値シミュレーション

    第27回水素エネルギー協会大会 2007年12月6日

  62. 噴霧微粒化プロセスにおける各種カスタマイズドソルバーの開発

    CAEソリューションズフェア 2007年11月16日

  63. 噴霧微粒化プロセスにおける各種カスタマイズドソルバーの開発

    第2回OpenFOAMワークショップ報告会 2007年7月20日

  64. Integrated Numerical Prediction of Atomization Process of Liquid Hydrogen Jet 国際会議

    22nd Space Cryogenics Workshop 2007年7月11日

  65. O-1.極低温マイクロスラッシュの噴霧流動特性

    第26回 混相流学会年会講演会2007 2007年6月22日

  66. Integrated CFD Planning of Gasoline Injector (Virtual Computational Designing of Injector Nozzle for High Fuel-Efficient Automobile)

    第3回国際産学連携交流会 2006年11月16日

  67. Reality Coupled Computation of Complex Multiphase Flow, 国際会議

    3rd International Conference on Flow Dynamics 2006年11月7日

  68. 液体微粒化メカニズムに関する一体型シミュレーションと可視化

    第84期 日本機械学会流体工学部門 講演会 2006年10月28日

  69. ガソリンインジェクター内微粒化機構に関する一体型融合計算

    第10回オーガナイズド混相流フォーラム (OMF2006-Sendai) 2006年10月16日

  70. Integrated CFD on Atomization Process of Lateral Flow in Injector Nozzle 国際会議

    Second Korea-Japan CFD Workshop, 2006年10月13日

  71. Integrated CFD Approach of the Liquid Atomization Mechanism in an Injector Nozzle 国際会議

    The 10th International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems (ICLASS-2006), 2006年8月27日

  72. CFD Analysis on two phase pipe flow of slush nitrogen 国際会議

    2005 Cryogenic Engineering Conference and International Cryogenic Materials Conference (CEC-ICMC 2005) 2005年8月29日

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産業財産権 5

  1. 凍結装置、凍結方法

    石本 淳

    産業財産権の種類: 特許権

  2. 一成分極低温微細固体粒子連続生成装置、および、その一成分極低温微細固体粒子連続生成方法

    石本 淳

    特許第6153110号

    産業財産権の種類: 特許権

  3. 換気システムおよび換気制御法

    松浦一雄, 中野政身, 石本淳

    5494169

    産業財産権の種類: 特許権

  4. 極低温マイクロスラッシュ超高熱流束冷却システム

    石本 淳

    5419000

    産業財産権の種類: 特許権

  5. 極低温マイクロスラッシュ生成システム

    石本 淳

    特許4961551

    産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 21

  1. 漂流物が混入した津波がおよぼす災害ダメージ予測システムの開発 競争的資金

    制度名:The Other Research Programs

    2013年1月 ~ 継続中

  2. 極低温微細固体粒子を用いた環境調和型洗浄法の開発と高密度水素貯蔵への展開

    石本 淳, 堀邊 英夫, 松浦 一雄, 真田 俊之, 落合 直哉

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2015年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    水を必要としないサブミクロン・ナノオーダ極低温微細固体窒素粒子高速噴霧流の有する高機能洗浄性に着目し,一成分型超断熱二相ラバルノズル方式による極低温窒素混相流の超音速加速とメガソニック微粒化・氷核生成促進の融合技術により生成される,極低温マイクロ・ナノ固体粒子噴霧連続生成システムを開発した. 続いて,本システムをフォトレジストのはく離と半導体物理洗浄に適用した際の性能評価に関する計測融合型コンピューティング,ToF-SIMS, XPS計測を実施した.その結果,本方式による極低温洗浄法は特にノボラック系レジストのはく離・洗浄に対して有効であることを明らかにした.

  3. 極低温マイクロ・ナノソリッド噴霧を用いた新型洗浄・はく離システムの開発

    石本 淳, 松浦 一雄

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2011年4月1日 ~ 2014年3月31日

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    半導体ウエハ洗浄プロセスにおける,完全ケミカルフリー・純水フリータイプ・極低温マイクロ・ナノソリッドの超高速ジェット流を用いた,ドライ型アッシングレス洗浄システムを開発した.本研究においては,異分野サステナブル融合型のマイクロ・ナノソリッド噴霧利用型洗浄・はく離システム実用化の基盤となるシステムを構築し,最適な半導体ウエハレジストはく離・洗浄性能,ITO膜はく離性能を得るための諸流動条件・流体制御方法を究明した.さらに,高分解能レーザー粒子計測とスーパーコンピューテーションの融合研究により,最適なはく離・洗浄効率を達成しうるシステム設計を行うための基礎指針を示した.

  4. マイクロスラッシュ利用型超高熱流束混相電子冷却システムの開発

    石本 淳, 大平 勝秀

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2008年 ~ 2010年

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    従来型電子冷却システムの限界を打破するため, 本研究では, 超高熱流束冷却が可能な高機能性冷媒としてマイクロスラッシュ二相流利用型超高熱流束電子冷却システムを提案する.マイクロスラッシュ噴霧の有する超高熱流束効果に関し, PIA粒子計測・非定常冷却熱流束のデータベース化とCFD計算条件取り込みによる融合計算を用いた総合的アプローチを行った.その結果, マイクロスラッシュ噴霧は液体窒素噴霧と比較して, 1. 5倍程度の限界冷却熱流束を得ることが可能であり, 新型電子冷却法開発の基盤となる成果を得た.

  5. マイクロ・ナノ固体窒素噴霧利用型超高熱流束冷却システムの開発 競争的資金

    制度名:Cooperative Research

    2007年4月 ~

  6. 液体水素ピンホール漏えいジェット流の微粒化過程に関する融合数値予測 競争的資金

    制度名:Cooperative Research

    2007年4月 ~

  7. マイクロ・ナノ固体窒素噴霧利用型半導体洗浄システムの開発 競争的資金

    2007年4月 ~

  8. スラッシュ窒素の強制対流熱伝達特性に関する研究

    大平 勝秀, 石本 淳

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2006年 ~ 2007年

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    本研究は、配管内を流動する極低温スラッシュ窒素(液体窒素と固体窒素粒子が混在する固液二相流体)の強制対流熱伝達現象、および伝熱が原因で発生する不安定流動現象を実験的、理論的に解明することを目的とする。また、得られた実験データおよび理論的な検討をもとに、スラッシュ流体の管内流動数値解析コードを開発し、数値シミュレーションによる伝熱・流動現象の評価手法を確立する。 熱伝達測定用ヒータ管(銅製、内径15mm、10mmの2種類)、計測機器等を製作、購入し、スラッシュ窒素流動試験装置にてスラッシュ窒素(温度63K、固相率0〜40wt%)およびサブクール液体窒素(温度63K)の強制対流熱伝達特性および伝熱時の流動特性を実験により取得した。スラッシュ窒素の固相率、流速、熱流束の違いによる熱伝達特性が明らかとなった。また、流動・伝熱時にスラッシュ窒素の圧力損失が液体窒素より低下するもしくは同程度となる圧力損失低減効果と、低減効果に起因する熱伝達劣化現象を初めて明らかにした。本成果は、スラッシュ流体を超伝導機器等の冷媒として利用する際、機器の破壊に至るクエンチ等熱暴走現象を防止する上で重要な成果である。 固体窒素粒子の配管内流動特性を高速度カメラおよびPIV法(粒子画像流速測定法)で可視化測定し、固体粒子の流動様式を明らかにした。特に、PIV測定において固体粒子をトレーサとする方法で、固体粒子速度の測定を可能とした。 二流体モデルに基づくスラッシュ窒素三次元(重力の影響含む)管内二相流を数値シミュレーションする方法を構築し、解析を実施した。流動解析結果をPIV法で測定した流速と比較した結果、良好な一致を確認した。スラッシュ水素の流動解析についても実施した結果、流体力学的に妥当な結果が得られており、開発したシュミレーションコードは流動予測手法として活用できる。

  9. 極低温マイクロスラッシュ二相流を用いた超伝導冷却システムの開発

    石本 淳

    2005年 ~ 2006年

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    加圧過冷却液体窒素流と極低温ヘリウムガスの高速流の衝突により固体窒素の生成とマイクロ微粒化を可能にするマイクロスラッシュ二流体エジェクターノズルを新たに開発した.続いてこの新型二流体ノズルを用いたマイクロスラッシュ生成システムを構成し,基本性能に関するPIV可視化画像計測を行い極低温二相微粒化流動特性に関する検討を行うとともにCFD計算結果との比較検討を行った.その結果,以下の知見を得た. 1.マイクロスラッシュ噴霧流に関するPIV計測を行うことにより,マイクロスラッシュはノズル出口から数mm程度の区間で非常に粒子数密度の高い領域をもって形成され,スラッシュ噴霧角は非常に小さくスラッシュ相流速-周囲気相流速スリップ比はかなり大きい値を有することを明らかにした. 2.極低温ヘリウムガスの流量を増大させると,微粒化が促進され小粒径マイクロスラッシュの生成頻度が増大するが,粒子数密度は減少することを明らかにした.さらにマイクロスラッシュ粒子微粒化に際しては,過冷却液体窒素と寒剤である極低温ヘリウムガスの供給流量に最適値が存在する可能性があることを明らかにした. 3.CFD解析により,可視化実験によっては流動現象の把握が不可能であるノズル内領域における微粒化メカニズムが明らかにするとともに,マイクロスラッシュの生成領域に関しPIV計測結果との良好な一致を確認し,ノズル最適設計に対するCFD利用の有効性を示した.

  10. 微小重力液滴燃焼場の電磁場制御 競争的資金

    2005年4月 ~

  11. 先端機能性流体混相流の活用による次世代マイクロスケール発電システムに関する融合研究 競争的資金

    2005年4月 ~

  12. マイクロキャビテーションを伴う高速液体噴霧微粒化に関する一体型シミュレーション技術の開発と各種ノズル融合設計手法の確立 競争的資金

    2005年4月 ~

  13. 不活性ガスを含む水性泡消火法の立体火源への応用に関する研究

    伊藤 昭彦, 工藤 祐嗣, 石本 淳

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Hirosaki University

    2003年 ~ 2005年

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    ハロン消火・CO_2消火・強化泡消火に替わる新しい消火法として,環境への影響が小さい水性泡に不活性ガスを閉じ込めた水性泡消火法を開発し,船舶の機関室や立体駐車場などへの本消火法の応用を念頭に研究を行った.立体火源配置可能な燃焼装置および不活性ガス-泡消火装置を作成し,1)立体的に配置した小型プール火災の燃焼率の測定および火炎性状の観察,2)不活性ガス種,ガズ流量,水流量,発泡倍率を変えた消火実験,を行った,1)より,火源が立体的に配置されている場合,2つの火源の燃焼率に差が生じ,上側に配置したプール火災の燃焼率が増加する.2つの火源間での放射伝熱計算を行ったところ,実験において生じた燃焼率の増加傾向は説明できず,火源規模によっては流れ場の変化による対流の影響も大きいことがわかった.放射・対流共存伝熱計算を行ったところ,実験で得られた傾向が得られ,火源の大きさによる立体火源の燃焼率増加傾向を説明することができた.2)より消火時間が最小となる最適のガス流量・液流量の組み合わせが存在し,発泡倍率が増加すると泡の強度は弱くなり,火炎に近づくとすぐに崩壊して内部の不活性ガスが火炎に流入するため消火性能は高いが,反面泡の流動性,保持率が悪くなることがわかった,本研究により得られた立体火源の特性から,上側に位置する火源の燃焼率が高く,立体火源への本消火法の適用には,より泡強度が強く,流動性の良い泡により効率的に上側火源に泡を供給することが必要である.3)ガス流量・液流量をコントロールすることにより泡径を変化させた消火実験,を行った結果,泡径を1mm程度と小さくすることで流動性が増し,消火性能が向上した.よって,泡径が小さく,流動性の高い泡を上側火源へと供給することにより,不活性ガスを含む水性泡消火法を立体火源に適用することが可能であることがわかった.

  14. 液体ヘリウムキャビテーション流を用いた超流動マイクロ冷却システムの開発

    石本 淳

    2003年 ~ 2004年

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    常流動He Iの蒸気相への相変化時(キャビテーション生成時)におけるHe IIへの相転移と超流体対向流を利用した新型の超流動二相流冷却システム開発の基礎研究として,ラムダ点近傍におけるHe IからHe IIへの相転移と超流動性の影響を考慮に入れた多流体モデルに基づく基礎方程式系を新たに構築し,垂直先細-末広ノズル内の液体ヘリウム気液二相流動特性に関する二次元数値解析を行った.その結果,以下の知見を得た 1.常流体流に圧力降下に基づく蒸気相への相変化が発生すると,液相から蒸発潜熱が奪われる効果により気泡周囲とクラウドキャビティ内部の高ボイド率領域においてHe IからHe IIへの相転移(ラムダ転移)が生ずることを明らかにした. 2.常流体の蒸気相変化に起因するHe IIへの相転移が生ずると,超流体の常流体に対する対向流が誘起され,それに伴い気相流速分布が超流動ヘリウム特有の熱力学的効果の影響を受けることを確認し,気泡に対して温度こう配に基づく力(熱機械効果)等が作用することを明らかにした.この結果から,熱機械効果等を効果的に用いることにより,液体ヘリウム二相流中の気泡運動と流動場を制御できる可能性があることを明らかにした. 3.本解析により得られたクラウド・キャビティの形成・発達と移流・拡散現象に関わる二相流動様式は,可視化計測結果と傾向が定性的に一致していることを確認した.さらに,He Iキャビテーション生成と温度降下に伴うHe IIへのラムダ転移現象に関しても,飽和液体ヘリウムキャビテーションの温度計測に関する実験結果と傾向が定性的に一致していることを確認した.

  15. 超流動ヘリウム混相流を用いた極低温高速冷却システムに関する研究

    石本 淳

    2001年 ~ 2002年

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    ラムダ点近傍における超流動ヘリウム混相流の効果的活用による高速冷却システム開発および高性能化ための基礎研究として,鉛直ベンチュリ流路内における液体ヘリウムキャビテーション流れに関し,多流体モデルとEulerian-Lagrangianモデルに基づく超流動性を考慮に入れた基礎方程式系の定式化と数値解析を行うとともに,可視化画像処理を用いた実証実験を行い以下の知見を得た. ・常流体にキャビテーションが発生すると,特に気相生成が活発な高ボイド率領域においては,蒸気相生成の際に液相から蒸発潜熱が奪われることにより液相温度がλ点以下まで降下し,He IからHe II(超流体)への相転移が発生し超流動冷却効果が発生すること明らかにした. ・キャビテーション生成に基づくHe IIへの相転移時に生ずる超流体の対向流と,超流体温度こう配に起因する気泡運動を効果的に制御することにより,従来より高い冷却効率を有する極低温冷却システムの構築が期待できることを明らかにした. ・液体ヘリウム高速キャビテーション流の可視化計測装置を設計・試作し,PIV法を用いた流動場の観測と管内圧力・温度分布の測定を行った.その結果,He Iのキャビテーション発生時に温度降下が生じHe IIの超流動成分の流動に起因する流速分布・圧力変動を示すことを確認した.

  16. 超流動ヘリウム混相流の管内不安定流動に関する研究

    上條 謙二郎, 尾池 守, 松本 洋一郎, 徳増 崇, 尾池 守, 石本 淳, 上條 謙二郎

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2000年 ~ 2002年

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    本研究は、超流動ヘリウムの液体超流動相、液体常流動相および気相からなる混相流動現象を工学的見地から熱・流動力学的に究明し、極低温機器の性能向上や機器運用の際に問題となる混相流化に起因する管内不安定流動現象を実験的、理論的に解明することを目的としている。 本年度は、前年度に整備された超流動ヘリウム流動試験装置の問題点を改良した。このような極低温流体を取り扱う実験では外部からの熱侵入が極低温流体の相変化を引き起こし、それが流動特性の変化、脈動、熱振動につながるため外部からの熱侵入を極力抑えることが高精度での計測を行う上で重要である。この熱侵入を抑えるためこの装置の真空断熱層に加えて上流および下流のタンク部分に液体窒素を充填するシールド層を加え、かつ流動配管の周囲には液体窒素及び供試流体の温度に維持される銅シールド板を2層設置した。 このように改良された装置により極低温流体の気液二相流れを可視化部で発生させレイノルズ数とキャビテーション数の関係をデータとして取得した。その結果、レイノルズ数が増加するにつれてキャビテーション数が減少していく傾向が確認された。 またこれらの現象を数値解析から明らかにした。二相流はバブルキャビテーションを想定し、常流動成分と超流動成分の連続の式、運動量保存式、エネルギー保存式を満たすように支配方程式を構築した。この支配方程式をSMAC法を用いて解き、ノズル部での流動状態を解析した。その結果、ブローダウン後、ノズル部で急激な圧力降下がおこり、スロート下流で渦が生成し、圧力が低下してボイド率が高くなる領域が発生することが明らかとなった。またスロート部前縁で境界層剥離が起こっていることが明らかとなった。

  17. 超流動液体ヘリウム非平衡沸騰混相流の複雑性流動に関する研究

    石本 淳

    1999年 ~ 2000年

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    極低温下において複雑性を有する超流動液体ヘリウム非平衡混相流の基礎流動特性および熱伝達特性の解明を目的とし、オリフィスを有する二次元鉛直円管内における液体ヘリウム沸騰二相流に関して、多流体モデルに基づく超流動性を考慮に入れた基礎方程式系の定式化を行うとともに数値解析による理論的検討を行い、以下の知見を得た。 (1)液体ヘリウム沸騰二相流におけるボイド率分布ならびに圧力分布の時間発展解を数値的に求めることにより、液相から気相への相変化の過程で液相から蒸発潜熱が奪われ液相温度がλ点以下となることによりHe IからHe IIへの相転移が生じ、特に高ボイド率領域においてはHe II生成に基づく流動特性の大幅な変化が発生することを明らかにした。 (2)液相から気相への相変化が顕著である高ボイド率領域においては、He IからHe IIへの相移転(λ転移)が促進され、さらに超流体の常流体に対する対向流が誘起されることにより液相圧力こう配が変化し、気相ダクトの全領域にわたって散在する分布となって現れることを明らかにした。 さらに、超流動液体ヘリウム管内沸騰二相流の可視化計測装置を設計・試作し、高速度ビデオカメラを用いた流動場の二次元的観測を行い、液体ヘリウムの相変化速度が液体窒素のそれよりもかなり大きいことを確認するとともに、管軸方向の二相圧力・温度分布を計測し、蒸気相発生に基づくHe IからHe IIへの相転移を含む基礎流動特性に関する詳細な知見を得た。また、二相化により生じた液体ヘリウムの蒸気泡流は非常に微細な球形状を有し、超微細気泡雲となってダクト内に停留しスリップ比の大きい流動場を形成することを確認した。

  18. 極低温気液二相流の管内不安定流動に関する研究

    尾池 守, 辻本 良信, 松本 洋一郎, 上條 謙二郎, 徳増 崇, 石本 淳

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:TOHOKU UNIVERSITY

    1998年 ~ 1999年

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    本研究は、極低温流体管内気液二相流れで生じる不安定流動現象の実験的、理論的解明を目的とする。 極低温流体の管内気液二相流の発生・流動状態を可視化画像計測するため、加圧ブローダウン方式による極低温混相可視化流動試験装置を用いて、液体ヘリウムならびに液体窒素を作動流体とした極低温流動試験を行った。高速度VTRによる画像解析に基づき絞り部後流における気泡群の発生・移流過程を調べ、流動場の特性を把握するとともに、ヘリウムと窒素の沸騰二相流動場を比較検討することにより液体ヘリウム管内気液二相流れの特異性を明らかにした。また、数値解析モデルの検証に必須となる基礎資料を取得した。 数値解析手法に関しては、ミクロスケール、メゾスケール及びマクロスケールでの検討を試みた。 ミクロスケール:分子動力学法を用いて液体酸素の気泡生成機構をシミュレートした結果、液体酸素は気泡を生成する際に急激な圧力変化を伴うこと、また二原子分子液体の発泡現象を捉えるためには分子の回転運動を考慮する必要があることが確認された。 メゾスケール:浮力によって上昇する球形気泡群の運動を直接数値シミュレーションする手法を構築した。抗力係数のボイド率依存性を調べた結果、低レイノルズ数での理論式や粒子を対象とした実験相関式と概ね一致すること、また気泡の自己拡散係数に基づき気泡の拡散現象を評価した結果、特にボイド率が高い程気泡の拡散が強くなることを明らかにした。 マクロスケール:絞り部を通過する極低温流体の二次元管内沸騰二相に関して、気液二相流の非定常ドリフトフラックスモデルに基づく基礎方程式系を新たに構成し、数値解析による理論的検討を行った。その結果、絞り部に発生する高ボイド率領域は時間経過に伴い下流側に移流されることを確認するとともに、相変化が及ぼす二相流動場への影響は絞り部後方に形成される後流渦の中心付近において最も顕著に現れることを明らかにした。さらに、液体ヘリウムの超流動相が気液二相流動場に及ぼす影響を理論的に明らかにした。

  19. 極限環境下における極低温混相流体の非平衡流れに関する研究

    石本 淳

    1997年 ~ 1998年

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    低温流体沸騰二相流を用いた応用機器開発のための基礎研究として,極低温流体気液二相流動特性の二次元的解明を目的とし,二次元水平ダクト内における液体ヘリウム沸騰二相流に関して,超流動性を考慮に入れた数値解析的検討を行い,以下の知見を得た. (1) 液体ヘリウム沸騰二相流におけるボイド率分布ならびに圧力分布の時間発展解を数値的に求めることにより,液体ヘリウムの超流体としての性質は,二相流動場の圧力分布の変化に起因する物性値の変化と,相変化の過程で液相から蒸発潜熱が奪われ混相流体温度がλ点以下となることにより生じることを明らかにした. (2) 液体ヘリウムに特有の超流体としての性質が混相流中に生じると,オリフィス部より下流側において圧力こう配が変化し,高ボイド率領域がダクトの全領域にわたって散在する分布となって現れることを明らかにした. (3) 液体ヘリウム二相流中の高ボイド率領域においては常流体蒸気相への相変化に基づく超流動性の影響が大きく現れ,超流体混相流の常流体混相流に対する対向流が発生するため双方の流速分布に差異が生じ,超流体の対向流がオリフィス後流渦の発達を抑制する効果となって働くことを明らかにした. さらに,液体窒素管内沸騰二相流の可視化計測装置を設計・試作し,PIV法を用いた流動場の二次元的計測を行い,低温流体の相変化速度が常温流体のそれよりもかなり大きいことを確認するとともに,管軸方向の二相圧力・温度分布を計測し,低温流体二相流動場の基礎流動特性に関する詳細な知見を得た.

  20. インデューサの旋回キャビテーションの抑止機構に関する研究

    上條 謙二郎, 長島 利夫, 山田 仁, 石本 淳, 尾池 守

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    1997年 ~ 1998年

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    LE-7液体酸素ポンプインデューサに発生した旋回キャビテーションはインデューサ入口部上流側のケーシング内径をインデューサチップすきま程度広げることによりほぼ完全に抑止された。前年度はLE-7液体酸素ポンプインデューサと相似なインデューサを用いて実験を行い、旋回キャビテーションを抑止したケーシングを用いた場合、旋回キャビテーションの発生領域は設計流量よりも高流量域に移動することを明らかにした。またキャビテーション気泡を含む極低温2相流体に関する流れの定式化を行い、インデューサへの適用の可能性を検討した。 本年度は大型インデューサと透明なケーシングを用い、高速ビデオ観察に加えて新たに粒子像解析法(PIV)を用いた実験を行いインデューサ入口チップ付近のインデューサ上流側への逆流に伴うキャビテーション発生状況を調べた。その結果、前記入口内径を若干広げたケーシングについては、むしろ入口チップ付近の逆流が増加し、キャビテーションを増している可能性が確認された。旋回キャビテーションの抑止は特にキャビテーションコンプライアンスの増加によるものと判断された。 またLE-7液体酸素ターボポンプで旋回キャビテーションとほぼ同じ条件で発生し、旋回キャビテーション抑止に成功した方法でその発生を抑止できたキャビテーションサージについて、特に旋回キャビテーションとの類似性を明確にした。LE-7液体酸素ポンプインデューサの旋回キャビテーション抑止策を旋回キャビテーションを発生したLE-7液体水素ポンプインデューサに適用してその一般性を確認した。さらにキャビテーション気泡を含む極低温2相流体に関する解析はインデューサ内の流れに適用でき、非定常現象への適用の見直しを得た。

  21. ロケットベース複合エンジンに関する研究

    上條 謙二郎, 石本 淳, 尾池 守, 辻本 良信, 中橋 和博, 升谷 五郎

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関:Tohoku University

    1997年 ~ 1998年

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    本研究は、低速域に空気液化サイクルエンジン(LACE)、ラム圧縮が十分な高速域になるとスクラムジェット、さらに高速ではロケットエンジン(LRE)へと作動サイクルを切り替えるロケットベース複合エンジン(RBCC)で生じる現象の解明と、課題の抽出を目的とする。 LACEのシステム性能は空気液化用熱交換器の性能に強く依存するため、数値計算による液化性能予測を行うとともに、小型高性能熱交換器を試作し、空気の主成分である窒素ガスを液体水素で液化する地上模擬試験を実施した。この結果を踏まえ、飛行マッハ数M=1〜5の速度域において、飛行動圧一定とした飛行経路を想定し、飛行時のエンジン比推力を算定した。その結果、M=4付近で水素供給ラインを切り換えることにより、LREモードとのサイクル切り替えが容易な基本LACEシステムでも比較的高い比推力が得られることが判明した。 LACEモード作動時の空気取り入れ口に関しては、モデル実験及び数値計算による検討を行った。その結果、層流粘性および乱流粘性を考慮した計算モデルは超音速インテークの定性的性能評価に十分な精度を有することが判明した。この計算モデルを用いて、代表的な形状を有する2種類の超音速インテークに対して特性解析を行い、両者の得失を明らかにした。 スクラムジェット・モード作動における空気取入れ口について、機体取り付け形状が性能に及ぼす影響を理論的及び実験的に検討した。その結果、機体下面を飛行方向に平行に戻した後に空気取入れ口を取り付けた場合、予圧縮効果は得られず、性能が低下することが判明した。また分離部のモデル実験を行い、擬似衝撃波による壁圧の非定常特性を検討した結果、後ろ向きステップを有する場合は、擬似衝撃波の発生位置により強いピーク周波数を持ち遠方まで相互相関が存在する圧力振動が発生することが明らかとなった。

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社会貢献活動 3

  1. 高校生への研究活動紹介

    2010年12月7日 ~

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    盛岡一高 高校生への研究活動紹介

  2. Science Direct TOP 25 Hottest Articles

    2008年8月 ~

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    Elsevier社のCryogenics誌において,2008年4月~7月の期間において最もダウンロード回数の多い論文のTop 25を集計したところ,以下の論文は21位にランクインした. Integrated numerical prediction of atomization process of liquid hydrogen jet Cryogenics, Volume 48, Issue 5-jun, May 2008, Pages 238-247 Ishimoto, J.; Ohira, K.; Okabayashi, K.; Chitose, K.

  3. FM放送番組「りんご王国こうぎょくカレッジ」出演

    2004年7月18日 ~

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    テーマ「キャビテーションの不思議」 番組名称「りんご王国こうぎょくカレッジ」 番組コンセプト:「コミュニティFMアップルウェーブを通じて行う地域貢献のための公開講座」という形をとった教育的雰囲気を持つ番組 番組のボリューム:日曜日午後6時から1時間 番組の構成:講義形式,対談を選択。20分×3セクション(他の形式も可) 番組の種別:すべて録音 スタッフ:ディレクター兼番組責任者(庄司)、ミキサー、アシスタントほか

メディア報道 9

  1. グラフ理論を用いたCOVID-19パンデミックAI予測 執筆者本人

    AI Japan R&D Network https://www.ai-japan.go.jp/603/covid-19ai

    2020年

    メディア報道種別: インターネットメディア

  2. 半導体洗浄,人体に害無く -東北大が新技術 固体窒素を利用-

    日経産業新聞

    2011年10月7日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    東北大学流体科学研究所の石本淳准教授と寒川誠二教授らの研究チームは,半導体素子の製造に欠かせない洗浄工程で有害物質を不要にできる新技術を開発した. 現在のプラズマ照射と有害な薬剤を使う洗浄の2工程を,固体窒素の微粒子を吹き付ける1工程に置き換える.本技術は洗浄プロセスにおけるプラズマ照射による配線ダメージを回避し,特に酸素ラジカルによりダメージを受けやすいデバイスに対して有効で,環境調和型のエコ洗浄技術として注目されている. 開発したのは大規模集積回路(LSI)製造工程に組み込む洗浄技術.微細な回路パターンはフォトレジスト(感光性樹脂)を使い書き込んだ後,レジストを取り除く.現在は酸素プラズマで分解した後,残った不純物などを有害なアンモニアや臭化物の溶液で洗い流している.新技術は固体窒素の微粒子を高速で吹き付けるだけで済む.微粒子は液体窒素を急速冷却して作る.内径1mmのノズルから毎秒30mの速さで噴き出す極低

  3. 原発配管の劣化箇所予測 新システムで画像化

    日経産業新聞

    2011年6月21日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    東北大学の石本淳准教授らは東北電力と共同で、原子力発電所の配管劣化を画像化できるコンピューターシミュレーション(模擬実験)システムを開発した。配管が破断する事態を予測し、事故を未然に防ぐだけでなく、丈夫な配管の設計にも役立つ。東北電・女川原発の運転再開に合わせて利用を開始する。名称は「配管脆弱(ぜいじゃく)箇所予測システム」。東北大と東北電が3年かけて開発した。配管の形状、通過する水蒸気の流速、温度、圧力などのデータを入力すると、配管の厚さが減少する様子が表示される。 特に配管の曲がった部分は水蒸気が内側から衝突して肉厚が減少しやすい。開発したシステムを使えば肉厚減少の時間経過を可視化できる。 石本准教授は東京電力福島第1原発では、津波でなく地震の震動で脆弱な配管が破断した可能性も否定できないとみており、「原発の設計図が提供されれば計算できる」と話している。

  4. CAT-V 120ch Meet the professor -TOHOKU UNIVERSITY-

    CAT-V

    2010年11月26日

    メディア報道種別: その他

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    http://www.cat-vnet.tv/category120/120_011/120_011_0001_a.html

  5. ヘリウムでつくる窒素の粉雪,東北大,微粒子状固体窒素の連続生成装置を開発

    ガスレビュー

    2007年11月15日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    ヘリウムでつくる窒素の粉雪,東北大,微粒子状固体窒素の連続生成装置を開発

  6. 粒径0.1mm以下の固体窒素粒子 連続生成技術を開発

    日刊工業新聞

    2007年7月17日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    東北大学流体科学研究所 石本 淳 准教授は高温超伝導ケーブル用新型冷媒として適用可能な,粒径0.1mm以下の固体窒素粒子(極低温マイクロスラッシュ)の連続生成技術開発に成功した.同技術は「断熱二流体ノズル方式」という従来にない新型粒子生成法を開発したものであり,過冷却液体窒素に極低温ヘリウムガスを高速衝突させることにより,大気圧開放雰囲気においても均一球形状の超小型固体窒素粒子を連続生成することが可能である.開発には流体科学研究所未来流体創造センターのスーパーコンピューターを用いた融合計算手法が用いられており,固体窒素粒子の噴霧流動をコンピューター上で数値予測してノズルのバーチャルプランニングを行った後,実際の装置に関する最適設計・製作が行われている.

  7. 効率的な冷却システム実現 微細窒素粒子を生成

    河北新報

    2007年6月20日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    高温超伝導ケーブルの冷却に用いる微細な固体窒素粒子(極低温マイクロスラッシュ)の生成技術を開発した.本生成法による高機能性マイクロスラッシュ冷媒を用いることにより,従来型の液体窒素単相流を用いる冷却法よりも数倍程度の冷却能を有し,かつコンパクトな超電導ケーブル冷却システムを実現できることから、電力の需要増などに対応する次世代型ケーブルの実用化に大きく貢献するものと期待される.研究成果は2007年6月20日の河北新報に紹介された.

  8. 異種物体の混合研究で論文賞

    東奥日報

    2003年7月30日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    弘前大学理工学部の石本淳助教授(36)がこのほど、日本混相流学会の論文賞を受賞した。受賞論文は石巻専修大学の尾池守教授、東北大学の上條謙二郎教授らとの共同研究によるもので、石本助教授が筆頭著者。石本助教授は「研究が評価されてうれしい。地方大学でも最前線の研究ができるのを証明した」と語っている。 日本混相流学会は、空気と水、砂と水といった異種物体が混合した流体の流れと、その工学的応用について研究する学会。現在、約六百五十人の会員がいる。 学会賞は六種類あり、今回の二〇〇二年度学会賞は論文賞と技術賞に該当者があり、全部で三研究グループが選ばれた。 受賞論文は、二〇〇一年に米専門誌に掲載されたもので、タイトルは「多流体モデルを用いた液体ヘリウム管内二相流の数値解析」。 超流動ヘリウムと同じ効果を持つ常流動ヘリウムをつくり出す方法を開発した。 超電導磁石を利用したリニアモーターカーなどの装置の縮小

  9. インテリジェントコスモス奨励賞を受賞した弘前大学理工学部助教授 石本淳さん

    東奥日報

    2003年2月14日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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学術貢献活動 1

  1. 混合したながれ

    2018年8月24日 ~

その他 22

  1. 反応性混相流の活用によるナノデバイス物理洗浄

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    半導体製造工程においては電子基板のフォト製版工程で不要になったレジストを除去する必要があり、現在はコストが高く人体に極めて有害な薬液が大量に使用されている.半導体洗浄に関しては,アンモニア過酸化水素水を用いたWet洗浄プロセスが一般的であるが,最近の高集積デバイスに対してこのようなエッチングによるリフトオフを用いた洗浄法は適用限界に近づきつつある.これに対し,ドライ洗浄法の一例として低温エアロゾル洗浄がケミカルフリーな洗浄法として提案されているが,これは液体窒素の断熱膨張のみを利用した固体窒素粒子形成法を用いており,基本的なアッシングプロセスが終了した後の不要微小固体粒子を窒素粒子で吹き飛ばすのみで,生成固体窒素粒子の除去性能は弱く,レジストをはく離するまでの力学的性能を有せず,粒径や数密度の制御が不安定という難点を有する.そこで,これら従来型の化学反応プロセスに依存した洗浄法の有する欠点を解決しうる,新しい発想から成る新型アッシングレス・ドライ洗浄システムの開発が強く望まれている. このような現状に対し,本研究により開発を目指しているマイクロ・ナノソリッドジェット利用型アッシングレスレジストはく離・除去システムは,マイクロ・ナノソリッド粒子の運動力学的高速衝突と極低温粒子流の有する超高熱流束特性を利用し,従来のケミカルWet洗浄の有する適用限界を打破しうる完全ケミカルフリー,純水フリータイプ,ドライ型レジストはく離・洗浄システムを開発しようとしている点に新規性・優位性を有する.

  2. マイクロ・ナノ固体粒子噴霧流を用いた半導体スーパー洗浄

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    マイクロ・ナノ固体粒子噴霧流を用いた半導体スーパー洗浄

  3. 極低温マイクロ・ナノソリッドを用いたスーパードライ型半導体洗浄

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    過冷却液体窒素と極低温ヘリウムガス(寒剤)の高速衝突により連続生成される微細固体窒素粒子から成るマイクロ・ナノスラッシュ噴霧流の有する超高熱流束冷却特性とそれに伴うレジスト熱収縮効果を有効活用した新型半導体洗浄法に関する検討を行う.マイクロスラッシュ噴霧を高温加熱ウエハー面上のレジストに高速衝突させ,粒子の慣性力と噴霧の熱流体力学的効果,超高熱流束急冷によるレジスト熱収縮効果の相互作用により,アッシングプロセスを経ずにレジストをウエハー面上からはく離・除去,洗浄するという,レジスト除去・洗浄同時プロセス機構から成るドライ型アッシングレス洗浄システムを開発する.その結果,マイクロ・ナノスラッシュジェットの衝突による物理的レジストはく離と超高熱流束急冷による熱収縮の相乗効果を利用し,フォトレジストの一部をはく離することに成功した.加熱無しの場合,レジストはく離には至らないことから,レジストはく離に及ぼす熱収縮効果の影響はかなり大きいことを明らかにした.

  4. マイクロ・ナノスラッシュ噴霧による新型半導体洗浄方式の開発

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    マイクロ・ナノスラッシュ噴霧による新型半導体洗浄方式の開発

  5. スラッシュ超高熱流束プロセッサの研究

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    スラッシュ超高熱流束プロセッサの研究

  6. 極低温マイクロスラッシュジェットを用いた レジストはく離システムの開発

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    半導体ウェハー製造プロセスにおける,完全ケミカルフリー,純水フリータイプ,ドライ型極低温マイクロスラッシュの高速二流体ジェット流を用いた新型レジストはく離・除去システムを開発する.従来型の極低温エアロゾル洗浄法とは異なり,過冷却液体窒素と極低温ヘリウムガス(寒剤)の高速衝突により連続生成される微細固体窒素粒子から成るマイクロスラッシュ噴霧流をウェハー面上のレジストに衝突させ,粒子の慣性力と噴霧の熱流体力学的効果の相互作用によりレジストをウェハー面上からはく離・除去,洗浄するシステムの開発である.本システムは,液体窒素と極低温ヘリウムガスの流量制御によるスラッシュ粒径制御が可能である。

  7. 原子力発電所における液滴衝撃エロージョン予測に関する研究

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    原子力発電所において最も多くトラブルが頻発し大事故に直結する事象となりうるのが,配管系における減肉現象である.減肉とは高速流動・腐食(エロージョン・コロージョン)その他の要因により配管内部の材料組織が浸食され,配管に穴が開き,ついには破断に至る現象である.これは原子炉内配管が非常に複雑な形状を有し,なおかつ高温・高速という非常にシビアな条件で配管内流動が行われているからであり,現在のところ減肉現象を事前に予測あるいは未然に防止することは非常に困難である. 本研究は,原子力発電所の配管系と高速熱流動をスーパーコンピュータ上に再現し,トラブルの発生箇所・原因を事前に予測するシステムを確立することを目的とする.本システムの実用化により,原子炉保守・点検に要する時間的・人的コストは大幅に軽減化し,極めて安全性の高い原子力発電の運用が可能になると言える. 本年度実施した数値計算結果より,オリフィス絞り部直下において過冷却度が急激に上昇することを明らかにするとともに凝縮液滴発生位置を特定した.また,蒸気流の湿り度が上昇した場合,オリフィス下流は超音速流れになり,テーパー型 オリフィスでは流速の急激な上昇が起こる可能性があることが明らかとなった.

  8. マイクロ・ナノスラッシュジェットを用いた半導体スーパー洗浄

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    【研究目的】 半導体ウエハー洗浄プロセスにおける,完全ケミカルフリー・純水フリータイプ・極低温マイクロ・ナノスラッシュの超高速ジェット流を用いた,ドライ型アッシングレス洗浄システムを開発する. 【オリジナリティ】 従来型の極低温エアロゾル洗浄とは異なり,過冷却液体窒素と極低温ヘリウムガス(寒剤)の高速衝突により連続生成される微細固体窒素粒子から成るマイクロ・ナノスラッシュジェット噴霧流をウエハー面上のレジストに衝突させ,粒子の慣性力と噴霧の熱流体力学的効果,超高熱流束急冷によるレジスト熱収縮効果の相互作用により,アッシングプロセスを経ずにレジストをウエハー面上からはく離・除去,洗浄するという,レジスト除去・洗浄同時プロセス機構から成るドライ型アッシングレス洗浄システムを開発しようとしている点に独創性を有する.また,従来型のブラスト洗浄に用いられているCO2よりも分子量の小さいN2の固体粒子を用いることにより,微細パターン特に次世代型3次元ゲート構造の配線パターンに及ぼす粒子衝撃ダメージを極力軽減させ,洗浄時における歩留まりを向上させることが可能になる点にも独創性を有する.さらに,N2は不活性ガスであるので,チャージダメージがほとんど生ぜず,新Low-k材料へのダメージが少ないと言うメリットを有している.

  9. マイクロ噴霧微粒化プロセスの超並列融合計算

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    ガソリンインジェクターノズル内における高速現象を伴う微粒化現象に対し,新型バロトロピックLES-VOF法を用いることにより統一的に数値シミュレーションすることが可能な専用ソルバーを開発し,超並列融合計算手法によりインジェクター噴霧マイクロ微粒化機構に及ぼすキャビテーション等の高速現象の影響を明らかにする.実施に当たっては,対象とする計算内容が複雑・高難度であるため,専用の「超並列流体融合計算システム」と,流体研スーパーコンピュータを用いる.

  10. 原子力発電所における配管減肉予測システムの開発に関する研究

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    女川2号機高圧給水加熱器ベント系配管の減肉事例をもとに,液滴衝撃エロージョンによる配管これらの減肉予測コードを開発し,これに基づく本事象事象発生のメカニズムを解明および今後の確実かつ合理的な液滴衝撃エロージョン管理に資することを目的とする。

  11. マイクロスラッシュ噴霧流利用型超高熱流束電子冷却システムの開発

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    次世代高性能CPUは従来のCPUに比べて消費電力が高く,熱流束が レベルの放熱性能を有しなければ所定の性能を発揮出来ず,現在の液冷法ならびに強制対流沸騰熱伝達を用いてももはや追従できないレベルにまで達するものと予測される.以上の困難を打破しうる10^6 W/m^2レベルの超高熱流束の冷却性能を有する新型電子冷却システムを開発することを主目的とする.

  12. ガソリンインジェクタの噴霧シミュレーションに関する研究

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    インジェクタ噴孔上流流れを含めた数値解析を行い,インジェクタ内部流やキャビテーションなどの諸因子が微粒化へ及ぼす影響に関して検討を加える.

  13. 氷状フレーク窒素を用いた超伝導ケーブル冷却法の開発

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    本研究では,氷状フレーク窒素二相流を用いた長距離超伝導ケーブルの極低温冷却システム開発を目的とし,スラッシュ窒素-過冷却窒素二相流の熱・流動特性ならびに冷却効果に関して,最新の多流体モデルに基づく混相流数値解析とスラッシュ窒素生成・流動試験装置を用いた基礎実験による総合的研究を行うことを計画している.本研究により,超伝導体ケーブルの新型冷却法としてスラッシュ窒素の融解潜熱を利用し,過冷却液体窒素を利用する場合よりも高効率の冷却効果が期待できるシステムを実現させる.さらには冷却流路内部形状を変化させ,圧力こう配の変化に基づくスラッシュの加速流動を促進させることにより熱伝達性能を向上させることを目的としている.また,極低温スラッシュ製造技術は窒素はもとより水素に対しても転用可能であるので,スラッシュ水素の利用による燃料電池用バッテリーの小型化や液体燃料ロケット用推進剤ストレージ系の軽減化に寄与するものと考えられる.

  14. 垂直先細―末広ノズル内における磁性流体キャビテーション流れに関する数値解析

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    先細―末広ノズル内における磁性流体キャビテーション流れに関する数値解析

  15. 超流動ヘリウムキャビテーション流れの活用による新型冷却システムの開発

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    超流動ヘリウムキャビテーション流れの活用による新型冷却システムの開発

  16. 超流動ヘリウムキャビテーション流れを用いた極低温高速冷却システムの開発

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    液体ヘリウムの管内キャビテーション流れを利用することにより,液体ヘリウム単相流冷媒を用いるよりも高性能の超流動冷却効果が得られる新型極低温混相流高速冷却システムの開発を目的としている.この方式による冷却法は,冷媒自身のキャビテーション初生に基づく蒸発潜熱の移流効果を利用しヘリウムIIの相転移を生成させ,超流体対向流による極低温冷却を可能なものにする. 本冷却方式により,究極の寒剤である超流動ヘリウム混相流の特異な性質を混相流応用機器の高速冷却システムとして有効に利用できれば,その工学的有用性は非常に高いといえる.

  17. スラッシュ窒素を用いた長距離超電導ケーブル冷却に関する研究

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    スラッシュ窒素を用いた長距離超電導ケーブル冷却に関する研究

  18. スラッシュ窒素を用いた長距離超電導ケーブル冷却に関する研究

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    スラッシュ窒素二相流を用いた超伝導冷却システムを利用することにより,1) 固相粒径をミリオーダからマイクロオーダまで最適制御することにより,混相冷媒流体の二相見かけ粘度を低下させ冷媒流路内における圧力損失の軽減化が可能,2) マイクロオーダの粒径を有効活用することによるマイクロチャネル内のMEMS冷却が可能,3) Slush Phaseのポンピング効果(Liquid-Slush運動量交換)による流体加速と伝熱促進が可能であることを明らかにした.

  19. 積雪寒冷地における自然エネルギー利用技術の開発研究

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    (2) 冬季季節風を利用した風力発電による融雪システムの実用化に関する研究 (弘前大学理工学部) 青森県は北海道に並んで風力資源に恵まれており,現在,県内数ヶ所で規模の大きな風力発電が実施ないし計画されている。しかし風力エネルギーは広く分散しているため,まだ十分には利用されていないのが実状である。この潜在的な自然エネルギーの有効利用を図るために,本研究では,季節風の強い市街地(あるいは市街地に隣接する地域)で風力発電を行い,その電力を利用してコミュニティ規模の融雪を行うシステムを構築するために,基礎的なフィールド実験を行う。実用化のためには,低騒音であることと低コストであることに加えて,小型(回転翼の直径が3m以下)であることからくる発電効率の低下,また発電装置への積雪・雪氷の問題を解決する必要がある。 本研究では,小型発電装置を実際に設置して,年間を通じた風況や発電能力を調べるフィールド実験を行うとともに,既設の風洞を利用して発電装置周りの風の流れを調べ,発電効率の向上を探る。また,ウッドセラミックスヒータを用いた融雪システムについて,融雪のメカニズムを調べ,融雪効率の向上を図る。さらに,風力発電システムと融雪システムと組み合わせて,システム全体の効率化を図り,小型風力発電による融雪システムの技術開発を目指す。

  20. 積雪寒冷地における自然エネルギー利用技術の開発研究

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    積雪寒冷地における自然エネルギー利用技術の開発研究

  21. アルミインゴットクラック軽減型ミストクーリングシステムの開発

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    アルミインゴットクラック軽減型ミストクーリングシステムの開発

  22. 微小重力単一液滴燃焼時における振動現象に関する基礎研究

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    微小重力単一液滴燃焼時における振動現象に関する基礎研究

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