2021 Fiscal Year Research-status Report
非球形固体燃料粒子のクラスタリング挙動と群燃焼挙動の解明
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18K03941
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| Research Institution | Central Research Institute of Electric Power Industry |
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Principal Investigator |
丹野 賢二 一般財団法人電力中央研究所, エネルギートランスフォーメーション研究本部, 上席研究員 (60462884)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 固気混層流 / 粒子 / クラスタリング / 直接数値計算 / 等方性乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、噴流乱流場中における非球形粒子のクラスタリング挙動を、シャドウ法とPIVを用いた実験計測によって明らかにするとともに、クラスタリングが微粉炭燃焼過程に及ぼす影響を明らかにすることである。
前年度までの実験的検討から、球形粒子の場合には粒子が偏在しており、クラスタリングと呼ばれる現象が生じていること、非球形粒子の場合には、比較的均一な分布となることを明らかにした。
当該年度は、昨年度に引き続き、クラスタリングの有無による燃焼過程の差異を明らかにするため、数値シミュレーションによる検討を行なった。具体的には、粒子を含む固気混相の、熱分解反応を伴う等方性乱流場の直接数値シミュレーション(DNS)を行い、揮発分燃焼過程に及ぼすクラスタリングの影響を調べた。粒子の密度を仮想的に変化させることにより、クラスタリングの強度を変化させた。
数値シミュレーションの結果から、クラスタリングが生じることにより、熱分解生成物の濃度分布に偏りが生じるものの、揮発分燃焼プロセスには大きな変化が見られないことが明らかとなった。これは、乱流の時間スケールや、熱分解の時間スケールに比べて揮発分燃焼の時間スケールが短く、律速段階とはならないためであると考えられる。ただし、粒子濃度がより濃い状態であれば、酸素濃度が欠乏する領域が生じ、揮発分燃焼プロセスにも影響を及ぼすことが考えられる。粒子濃度の影響や、粒子表面で生じる固気反応に及ぼす影響については、次年度に明らかにする計画である。
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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
想定した固気混相乱流場を数値シミュレーションにより再現することができたとともに、クラスタリングが揮発分燃焼に及ぼす影響の度合いを明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度と同様に、粒子を含む固気混相の、化学反応を伴う等方性乱流場の直接数値シミュレーションを行い、熱分解生成物の燃焼過程、および固気燃焼反応過程に及ぼすクラスタリングの影響を明らかにする。また、クラスタリングの強度に応じて、燃焼過程の促進・抑制を表現可能な数値モデルを確立する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染拡大による影響により、予定していた国内外の出張が全て取りやめとなり、次年度使用が生じた。次年度使用分については、令和4年度の国際会議等の出張旅費に充てる計画である
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