2017 Fiscal Year Annual Research Report
Break-away from overall reaction model and development of detailed chemical reaction model for pulverized coal particles
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16K18354
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松下 洋介 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80431534)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 微粉炭 / チャー / 燃焼 / ガス化 / 熱移動 / 物質移動 / 詳細化学反応 / 反応モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
去年度は不均一反応と均一反応を考慮した単一微粉炭チャー粒子周りの熱・物質移動解析コードを開発した．不均一反応には酸化反応であるChar-O2およびガス化反応であるChar-CO2を考慮した．均一反応にはCOの酸化反応を考慮した．本年度は去年度に開発したこの不均一反応と均一反応を考慮した単一微粉炭チャー粒子周りの熱・物質移動解析コードの均一反応を総括反応から詳細化学反応に拡張するとともに種々の条件においてケーススタディを実施した．具体的には，詳細化学反応に53の化学種と325の化学反応を含むGRI-Mech 3.0を採用するとともに常微分方程式の解法にVODEを適用し，化学反応速度を推算することで不均一反応と均一反応を考慮した単一微粉炭チャー粒子周りの熱・物質移動解析を実施した．その結果，沖合の温度が高くなるにつれて，Char-O2によるチャーの消費速度は増加した後に減少するのに対し，Char-CO2によるチャーの消費速度は単調に増加し，正味のチャーの消費速度も単調に増加した．Char-O2によるチャーの消費速度が増加した後に減少するのはCO酸化反応によりO2が消費され，チャー粒子表面のO2濃度が低下するためである．また，Char-CO2によるチャーの消費速度が単調に増加するのはCOの酸化反応によりチャー粒子表面の温度とCO2濃度が増加するためである．なお，COの酸化反応はチャー粒子のごく近傍で生じていることもわかった．そのため，このCO酸化反応はセル内の温度やガス濃度を一定とするCFDでは表現できない．当初の研究計画ではチャーの不均一反応とチャー粒子表面近傍の均一反応によるチャーの消費速度をテーブル化し，このテーブルを参照する燃焼モデルを開発する予定であったが，単純な相関式でチャーの消費速度を表現可能であったことから，この相関式を本研究で導出した燃焼モデルとした．
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[Journal Article] A Modified Boundary Condition of Velocity for Continuity Equation with Non-uniform Density Distribution at Outlet Boundary Plane2018
Author(s)
Yokoi, Satoki, Matsukawa, Yoshiya, Saito, Yasuhiro, Matsushita, Yohsuke, Aoki, Hideyuki, Malalasekera, Weeratunge
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Journal Title
Journal of Chemical Engineering of Japan
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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