2014 Fiscal Year Research-status Report
微粉炭粒子の着火プロセスの解明と混相乱流燃焼モデリング
| Project/Area Number |
25420173
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
渡邊 裕章 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60371598)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻 博文 一般財団法人電力中央研究所, その他部局等, その他 (40371611)
橋本 望 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70392751)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 微粉炭燃焼 / 非球形粒子運動 / 熱分解 / 詳細化学反応 / 数値解析 / レーザー計測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
微粉炭の着火プロセスを実験的に解明することを目的として，昨年度に引き続き，石炭供給量0.5kg/hの微粉炭噴流火炎に対して，レーザー計測を始めとする光学計測を実施した．具体的には，微粉炭火炎の全体的な挙動を明らかにするための高速度カメラによる直接撮影（サンプリングレート3000Hz，露光時間2μs），微粉炭の着火プロセスにおける微粉炭粒子の挙動をミクロな視点から計測するためのShadow法計測（サンプリングレート8000Hz，露光時間1μs），石炭の熱分解時に生成するフューエルNOxやガス温度の分布を測定するためのNO-LIF（NO-Laser Induced Fluorescence）計測をそれぞれ実施した．その結果，微粉炭粒子の周囲に赤熱する輝炎が形成されていく様子や非球形な単一粒子が揮発分を放出しつつ回転しながら滞留する様子，揮発分燃焼による火炎中にフューエルNOが生成する様子等，微粉炭火炎中に発生する種々の複雑な現象を捉えることに成功した．
また，上述の微粉炭粒子の挙動をモデル化することを目的に，気流中で6自由度運動をする単一粒子の直接数値計算を数値実験として実施し，非球形粒子独特の回転並進運動パターンから，粒子の運動方程式における抗力項の修正項の定式化を行った．
さらに，微粉炭火炎のラージ・エディ・シミュレーションの高精度化と高速化を同時に達成するため，数千に及ぶ素反応の中から，着火プロセスにおいて重要な反応経路をより合理的かつ効率的に抽出・簡略化し，数値解析の計算時間を短縮することが可能な手法の開発に取り組んでいる．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度に引き続いて，微粉炭噴流火炎に対して光学計測を行うことで，微粉炭の着火プロセスにおいて最も重要と考えられる熱分解過程において，微粉炭粒子が揮発分を放出しながら滞留し，やがて着火していく様子を捉えることに成功した．さらに，この粒子挙動をモデル化するための数値実験を実施し，粒子運動方程式の修正式を構築した．さらに，微粉炭着火プロセスを正確に捉えることが可能で，かつ微粉炭ボイラなどより大型の燃焼装置へのラージ・エディ・シミュレーションの適用性向上のための化学反応メカニズムの簡略化手法について改良を進めている．上述の成果により，ほぼ計画通りの進捗と考えられる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
・前年度までに作成した粒子運動方程式の修正式の妥当性を引き続き数値実験により評価していくとともに，ラージ・エディ・シミュレーションに導入し，微粉炭着火プロセスの数値解析の精度の向上を図る．
・前年度までに得られた微粉炭着火プロセスの実験データに基づき，ラージ・エディ・シミュレーションによる数値解析を実施し，検証データとの比較から，本研究で開発することができた種々物理モデルの妥当性を検証する．
・3年間の本研究で得られた成果について，学会発表や論文発表を行い，研究成果の外部発信を進める．
・本成果の反映先として，産業用ボイラ等，より大型の燃焼装置を対象とする数値解析の実施に向け検討を進めるとともに，設計プロセスや運転最適化等への支援技術開発の取り組みを進める．
|
| Causes of Carryover |
支出計画の内，人件費が対象研究員の異動により支出できなくなったため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究により開発された数値モデルの検証計算に使用する解析格子作成作業について，人件費分を外注（その他）に充てて使用する．
|
