研究課題/領域番号 |
20K22380
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研究種目 |
研究活動スタート支援
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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研究機関 | 東北大学 |
研究代表者 |
松川 嘉也 東北大学, 工学研究科, 助教 (30882477)
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研究期間 (年度) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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キーワード | Tabulated Chemistry / CFD / 熱分解 / 炭素 / Database / 固体炭素 / すす |
研究開始時の研究の概要 |
固体炭素の生成を伴う熱分解反応に対して、Tabulated Chemistryに基づくデータベースを構築する手法を新たに提案する。まず、反応場を特徴づける3種類のControl Variable (CV)の選定方法を確立する。また、固体炭素の生成を伴う熱分解において、データベースを構築する際の反応場として、どのようなものが適切であるのかを検討し、選定の指針を明らかにする。さらに、構築したTabulated Chemistryのデータベースを利用して、化学蒸着装置やカーボンブラックの製造装置の2種類の装置を対象に、流体シミュレーション(CFD)に熱分解を連成し、炭素の生成量の予測を行う。
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研究成果の概要 |
本研究では、固体炭素の生成を伴う熱分解反応に対して、Tabulated Chemistryに基づくデータベースを構築する手法を新たに研究・提案した。熱分解時における温度の変動を考慮したシミュレーションを実施し、熱分解においては温度の変動の影響が極めて小さいことを明らかにした。詳細化学反応機構およびセクショナル法を流体計算(CFD)に連成させたシミュレーションとTabulated Chemistryおよびセクショナル法をCFDに連成させたシミュレーションとを比較し、Tabulated Chemistryを用いることで計算速度が20倍となったことを確認した。
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研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の目的は,Tabulated Chemistryの熱分解への適用可能性を大きく広げることであ る. Tabulated Chemistryに基づく手法であれば,計算コストを数千~数万分の一に削減できる.Tabulated Chemistryに基づく簡略化で先行する燃焼の分野では,その研究例が豊富である.しかしながら,燃焼が発熱反応で火炎面において局所的に激しく反応が起こるのに対し,熱分解は吸熱反応であり装置全体における反応が等しく重要である.
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