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PFBC(加圧流動層ボイラー)プラント等固気混相流が流動する系では、管路・ダクトあるいはタービン、サイクロンセパレータ内で固体微粒子によるエロ-ジョンの発生が深刻な問題となっている。本研究は、このエロ-ジョン現象を定性的・定量的に数値予測するコードの開発を目的とした。数値手法としては、まず気相流れ場を乱流モデル等を用いて解き、その気流中の粒子の運動をラグランジ的に追跡計算する。その粒子追跡中に粒子が壁と衝突する度にエロ-ジョン量を評価・累積していく。ここで、本研究の課題となるのは(1)エロ-ジョン素過程のコードへの組込み(2)DSMC法による粒子衝突評価である。(1)従来提唱されてきたモデルに改良を加え、同時に任意の粒子-ターゲット材料の組み合わせに対する素過程モデル式を決定するための試験装置を製作した。L字型ダクト内のエロ-ジョンに関して実験および数値予測を行い、金属ターゲットに関しては両者の非常によい一致をみた。今後、セラミックターゲットに関する予測を試みる。(2)DSMC法は、従来分子気体に適用されてきたBoltzmann方程式の解法のひとつであり、これを固気混相流の粒子間衝突の記述に適用する際解決すべき課題として、固体粒子に働く外力の効果、タイムステップの決定法、計算検査体積の見積もり、等をあげ、数値予測コードを作成した。本研究ではこれを最も粒子間衝突および粒子壁間衝突が顕著であることが予想される衝突噴流に対して適用し、粒子と壁との衝突頻度が高くなる淀み流線付近で、粒子間衝突を考慮した場合、それを無視した場合に比較して3〜5倍の衝突頻度となることを確認した。同時に、サイクロンセパレータ内のエロ-ジョン予測のために3次元境界適合座標系による固気混相流予測コードも作成した。これにより、今後実験との比較を行うことで、任意体系・任意材料のエロ-ジョン予測が可能になると確信する。
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