2022 Fiscal Year Annual Research Report
Clustering and combustion behavior of non-spherical solid fuel particles
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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、非球形粒子に対応した抗力係数のモデルをシミュレーションコードに導入し、等方性乱流場中において、粒子の分散挙動および揮発分の燃焼挙動を調べた。
抗力係数のモデルを切り替えることで、球形粒子および非球形粒子の等方性乱流場中の分散挙動を調べたところ、球形粒子ではクラスタリングを生じ、非球形粒子は比較的ランダムに分散する結果が得られた。これは、実験計測によって得られた結果と一致しており、抗力係数のモデルを切り替えることにより、乱流場中での非球形粒子の挙動を再現できることが明らかとなった。また、粒子から揮発分を放出させるとともに、気相での燃焼反応を考慮し、揮発・燃焼に対する粒子形状の影響を調べた。その結果、非球形粒子の方が、若干速く燃焼反応が進むことがわかった。ただし、球形粒子との差異は極めて限定的であり、固気二相流燃焼場における粒子形状の影響は限定的であることが明らかとなった。
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