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2019 Fiscal Year Annual Research Report

固気反応と気相反応の統一的モデリングによる炭素資源の利用技術の新展開

Research Project

Project/Area Number 18J11135
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

赤尾津 翔大  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Keywords数値解析 / 微粉炭 / 固気反応 / 燃焼 / 乱流
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,化学反応に関する情報をデータベースとして保存し,それを流体計算に使用する手法(Flamelet/Progress-Variable, FPV法)を固気二相流に拡張することで,低計算負荷かつ高精度な固気二相流の数値解析を実現した.昨年度,拡張したFPV法の精度を検証するため,固気反応と気相反応が混在する系のうちの一つである微粉炭の拡散火炎の計算を実施し,その結果を化学反応の解析方法として最も精度が高いとされる詳細化学反応機構を用いた場合の結果と比較した.その結果,FPV法を用いることにより,詳細化学反応機構と同等の精度の計算を,わずか数十分の一の計算時間で実施可能になることがわかった.さらに実体系への適用性について確認するため,昨年度,構築した乱流の高精度な解析方法と組み合わせて微粉炭燃焼の三次元非定常乱流シミュレーションを実施した.FPV法は微粉炭粒子の飛行挙動や化学種の体積分率の実験値を表現可能であり,従来使用していたモデルと比較して計算精度が大幅に向上した.これは,構築したデータベースが微粉炭の実用燃焼器内で想定されるさまざまな化学反応を記述可能であることを示す結果であり,本手法により窒素酸化物といった生成量が微量な環境汚染物質の予測も可能になることを示唆している.比較対象とする実験値の測定精度の関係上,今回は小型のモデルバーナーを対象としたが,FPV法の特徴の一つである計算負荷低減の効果により,パイロットスケールや実用規模の燃焼炉も現実的な負荷で計算可能になると考える.したがって,今回,構築したモデルを用いることで,次世代の固体炭素資源の利用技術の開発期間が短縮することが期待できる.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Loughborough University(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      Loughborough University
  • [Journal Article] Effects of infinitely fast chemistry on combustion behavior of coaxial diffusion flame predicted by large eddy simulation2020

    • Author(s)
      Akaotsu Shota、Ozawa Ryoma、Matsushita Yohsuke、Aoki Hideyuki、Malalasekera Weeratunge
    • Journal Title

      Fuel Processing Technology

      Volume: 199 Pages: 106226~106226

    • DOI

      10.1016/j.fuproc.2019.106226

  • [Journal Article] Analysis of flame structure using detailed chemistry and applicability of flamelet/progress variable model in the laminar counter-flow diffusion flames of pulverized coals2020

    • Author(s)
      Akaotsu Shota、Matsushita Yohsuke、Aoki Hideyuki、Malalasekera Weeratunge
    • Journal Title

      Advanced Powder Technology

      Volume: 31 Pages: 1302~1322

    • DOI

      10.1016/j.apt.2019.12.019

  • [Presentation] Large eddy simulation of piloted methane/air jet flame using flamelet based tabulated chemistry2019

    • Author(s)
      Akaotsu Shota、 Ozawa Ryoma、Matsushita Yohsuke、Aoki Hideyuki、Malalasekera Weeratunge
    • Organizer
      18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress, APCChE 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flamelet/progress-variableモデルを用いた微粉炭ジェットバーナーのLarge eddy simulation2019

    • Author(s)
      赤尾津翔大, 松下洋介, 青木秀之, Weeratunge Malalasekera
    • Organizer
      化学工学会熱工学部会セミナー2019
  • [Presentation] Flamelet/progress-variableモデルを用いた微粉炭の層流対向流拡散火炎の数値シミュレーション2019

    • Author(s)
      赤尾津翔大, 松下洋介, 青木秀之, Weeratunge Malalasekera
    • Organizer
      第57回燃焼シンポジウム

URL: 

Published: 2021-01-27  

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