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固気反応と気相反応の統一的モデリングによる炭素資源の利用技術の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 18J11135
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 エネルギー学
研究機関東北大学

研究代表者

赤尾津 翔大  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード数値解析 / 微粉炭 / 固気反応 / 燃焼 / 乱流
研究実績の概要

本研究では,化学反応に関する情報をデータベースとして保存し,それを流体計算に使用する手法(Flamelet/Progress-Variable, FPV法)を固気二相流に拡張することで,低計算負荷かつ高精度な固気二相流の数値解析を実現した.昨年度,拡張したFPV法の精度を検証するため,固気反応と気相反応が混在する系のうちの一つである微粉炭の拡散火炎の計算を実施し,その結果を化学反応の解析方法として最も精度が高いとされる詳細化学反応機構を用いた場合の結果と比較した.その結果,FPV法を用いることにより,詳細化学反応機構と同等の精度の計算を,わずか数十分の一の計算時間で実施可能になることがわかった.さらに実体系への適用性について確認するため,昨年度,構築した乱流の高精度な解析方法と組み合わせて微粉炭燃焼の三次元非定常乱流シミュレーションを実施した.FPV法は微粉炭粒子の飛行挙動や化学種の体積分率の実験値を表現可能であり,従来使用していたモデルと比較して計算精度が大幅に向上した.これは,構築したデータベースが微粉炭の実用燃焼器内で想定されるさまざまな化学反応を記述可能であることを示す結果であり,本手法により窒素酸化物といった生成量が微量な環境汚染物質の予測も可能になることを示唆している.比較対象とする実験値の測定精度の関係上,今回は小型のモデルバーナーを対象としたが,FPV法の特徴の一つである計算負荷低減の効果により,パイロットスケールや実用規模の燃焼炉も現実的な負荷で計算可能になると考える.したがって,今回,構築したモデルを用いることで,次世代の固体炭素資源の利用技術の開発期間が短縮することが期待できる.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] Loughborough University(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Loughborough University(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of infinitely fast chemistry on combustion behavior of coaxial diffusion flame predicted by large eddy simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Akaotsu Shota、Ozawa Ryoma、Matsushita Yohsuke、Aoki Hideyuki、Malalasekera Weeratunge
    • 雑誌名

      Fuel Processing Technology

      巻: 199 ページ: 106226-106226

    • DOI

      10.1016/j.fuproc.2019.106226

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of flame structure using detailed chemistry and applicability of flamelet/progress variable model in the laminar counter-flow diffusion flames of pulverized coals2020

    • 著者名/発表者名
      Akaotsu Shota、Matsushita Yohsuke、Aoki Hideyuki、Malalasekera Weeratunge
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: in press 号: 3 ページ: 1302-1322

    • DOI

      10.1016/j.apt.2019.12.019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extending Semi-parallel Reaction Model of Pulverized Coal Particle to Various Coal Types2019

    • 著者名/発表者名
      AKAOTSU Shota、ISHIMODA Kengo、SAITO Yasuhiro、MATSUSHITA Yohsuke、AOKI Hideyuki
    • 雑誌名

      日本エネルギー学会誌

      巻: 98 号: 3 ページ: 35-43

    • DOI

      10.3775/jie.98.35

    • NAID

      130007626834

    • ISSN
      0916-8753, 1882-6121
    • 年月日
      2019-03-20
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tracking Chemical Reactions of Pulverized Coal Char in a Pilot-Scale Blowpipe Using Raman Spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Akaotsu Shota、Tanimoto Junichi、Saito Yasuhiro、Matsushita Yohsuke、Aoki Hideyuki、Murao Akinori
    • 雑誌名

      Energy & Fuels

      巻: 32 号: 11 ページ: 11304-11309

    • DOI

      10.1021/acs.energyfuels.8b02717

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Large eddy simulation of piloted methane/air jet flame using flamelet based tabulated chemistry2019

    • 著者名/発表者名
      Akaotsu Shota、 Ozawa Ryoma、Matsushita Yohsuke、Aoki Hideyuki、Malalasekera Weeratunge
    • 学会等名
      18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress, APCChE 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flamelet/progress-variableモデルを用いた微粉炭ジェットバーナーのLarge eddy simulation2019

    • 著者名/発表者名
      赤尾津翔大, 松下洋介, 青木秀之, Weeratunge Malalasekera
    • 学会等名
      化学工学会熱工学部会セミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Flamelet/progress-variableモデルを用いた微粉炭の層流対向流拡散火炎の数値シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      赤尾津翔大, 松下洋介, 青木秀之, Weeratunge Malalasekera
    • 学会等名
      第57回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 同軸流拡散火炎のLarge Eddy Simulation -FPVモデルとEBUモデルの比較-2018

    • 著者名/発表者名
      赤尾津翔大, 小澤龍磨, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之, Weeratunge Malalasekera
    • 学会等名
      第56回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Large Eddy Simulationを用いた同軸噴流場におけるスカラの輸送特性の検討2018

    • 著者名/発表者名
      赤尾津翔大, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之
    • 学会等名
      化学工学会第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] EVALUATION OF APPLICABILITY OF SEMI-PARALLEL REACTION MODEL FOR PULVERIZED COAL PARTICLE TO VARIOUS COAL TYPES2018

    • 著者名/発表者名
      S. Akaotsu, K. Ishimoda, Y. Saito, Y. Matsushita, H. Aoki
    • 学会等名
      37th International Symposium on Combustion
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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