2017 Fiscal Year Research-status Report
微粉炭の物理的および化学的構造に基づく混相乱流素反応モデリング
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16K06125
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
渡邊 裕章 九州大学, 工学研究院, 准教授 (60371598)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
則永 行庸 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00312679)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 熱分解モデル / 石炭 / 着火 / 簡略化化学反応機構 / 窒素酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
報告者らが開発した石炭の化学構造に基づく熱分解モデル「拡張Chemical Percoaltion Devolatilization（CPD）モデル」によって計算される非球形単一粒子からの揮発分放出，粒子の周囲に形成される揮発ガスと周囲の酸化剤との予混合気形成とそれに続く着火，ならびに予混合燃焼から拡散燃焼へと移行する燃焼形態の変化の様子について，直接数値計算によりその詳細を明らかにするとともに，実験の着火状況との良い一致を見ることを確認した．
非球形粒子の振動・回転運動を粒子形状バラメータに応じた確率密度関数による非定常抗力式として定式化した粒子の運動方程式を用いた，質点近似による一様等方性乱流場における乱流中粒子分散挙動の直接数値計算に着手し，粒子形状効果の有無が，粒子の分散挙動に影響を及ぼし，さらには着火・燃え広がり挙動に影響を及ぼす様子を捉えることを試みた．
微粉炭燃焼炉，ならびにガス化炉の大規模ラージ・エディ・シミュレーション（LES）の実施向けて，拡張CPDモデルとカップリングするための素反応メカニズムについて，275化学種1,107素反応からなる詳細化学反応メカニズムをベースに，74化学種131素反応からなる簡略化化学反応メカニズムを構築した．
拡張CPDモデルに対して，石炭中窒素化合物としてピリジン，ピロール，および4級アミンを石炭化学構造の中に定義できるように改良するとともに，Drop Tube Rector（DTR）を対象とするモデル単体の動作検証計算を実施し，定性的に正しい挙動を示すことを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画通り，タール放出から重合・分解に至る一連の微粉炭粒子の初期熱分解モデルによる微粉炭粒子の着火状況について，実験との良い一致を確認した．また，この初期熱分解モデルに対して，窒素酸化物を考慮できるような改良を実施した．さらに，ラージ・エディ・シミュレーションによる大規模解析に向けて，簡略化化学反応機構の構築を行った．上述の成果により，おおむね計画通りに進展しているものと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
・前年度までに開発・改良を行った非球形粒子の運動モデル，ならびに初期熱分解モデルを用いて，大規模数値解析を実施し，実験等との比較を通じて，モデルの妥当性検証を行う．
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| Causes of Carryover |
予定していた計算機使用量について，設備リプレース等により使用計画を変更したため．次年度は必要な計算機使用量および化学反応計算ソフトウェアに充てる予定である．
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