2015 Fiscal Year Annual Research 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
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25420173
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
渡邊 裕章 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60371598)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
24kW微粉炭乱流燃焼炉に対して，波長可変半導体レーザ吸収／CT法による32パス同時レーザ計測を実施し，微粉炭燃焼場の2次元温度分布の時系列データを取得し，微粉炭乱流火炎構造を明らかにした．
また，前年度までに得られた気流中で6自由度運動をする単一非球形粒子の直接数値計算（DNS）により得られた非球形粒子独特の回転並進運動パターンに基づき，粒子運動方程式における抗力項の修正式を開発した．この修正式が実際の流れ場中において非球形粒子の分散挙動に与える影響を明らかにするため，修正式を導入した質点近似による希薄固気二相流コードを開発するとともに，このコードを用いて，一様等方性乱流中の粒子分散挙動を粒子の球形度と粒子ストークス数をパラメータとしたDNSを実施した．このDNSによる種々条件の粒子分布をポアソン分布との差異により定量的に評価し，ストークス数１を境に，ストークス数が大きな領域と小さな領域では，球形度と粒子分散の傾向が逆転すること等，粒子形状が分散挙動に大きな影響を与えることを明らかにした．この粒子形状の分散挙動への影響が，粒子周りの揮発ガスの濃度や粒子の着火性に影響を及ぼし得るという結果を踏まえ，微粉炭燃焼LESコードへ本修正式を導入し，着火挙動の予測精度の検証を行った．
さらに，これに並行して，微粉炭の着火プロセスを数値解析によって，特に化学反応の面から正確に捉えるため，石炭揮発分に含まれる芳香族炭化水素の分解・重合反応に関するの257化学種1107素反応からなる化学反応機構（C30までを含む）に対して，当量比，温度，および圧力条件をパラメータに計126条件における燃焼特性の精度検証を行いながら，64化学種150素反応にまで簡略化したskeletal反応機構を作成した．このskeletal反応機構を用いた微粉炭燃焼LESの妥当性について，実験との比較により検証を行い，妥当性を確認した．
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[Presentation] Primary soot particle diameter distributions in a combustion field formed by 4kW pulverized coal jet burner measured by TIRE-LII2016
Author(s)
N. Hashimoto, J. Hayashi, N. Nakatsuka, K. Tainaka, S. Umemoto, H. Tsuji, H. Watanabe, H. Makino
Organizer
The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
Place of Presentation
Waikoloa Beach Marriott Resort & Spa, Hawaii's Big Island, Hawaii, USA
Year and Date
2016-03-13 – 2016-03-17
Int'l Joint Research
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