研究課題/領域番号 |
22K14187
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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研究機関 | 東北大学 |
研究代表者 |
神田 雄貴 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (00885874)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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キーワード | 二酸化炭素 / CCUS / 対流不安定性 / 光学計測 / 熱物質輸送 |
研究開始時の研究の概要 |
二酸化炭素分離・回収のコストや所要エネルギー削減には、分離・回収プロセスの高効率化が重要となる。アミンへ二酸化炭素を吸収させる化学吸収法では、二酸化炭素-アミン気液界面での対流不安定性が吸収促進へ有効である。しかし、気液界面近傍で生じる対流不安定性の発生メカニズムや律速が明らかでないという現状がある。 そこで本研究では、高時空間分解能な光学計測手法を用いて、気液界面での熱物質輸送現象や対流不安定性によるフィンガリング現象を定量計測およびモデル化し、対流不安定性の発生メカニズムを明らかにすることで、二酸化炭素分離・回収の高効率化に貢献する。
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研究実績の概要 |
本研究では、独自の高時空間分解能な光学計測手法を用いて、二酸化炭素-アミン気液界面での熱物質輸送現象や対流不安定性によるフィンガリング現象を定量計測および数値モデル化し、対流不安定性の発生メカニズムを明らかにすることで、二酸化炭素分離・回収の高効率化に貢献することを目的としている。 前述の目的を達成するために、本年度は第一の目標である、位相シフトマイケルソン干渉計による対流不安定性の発生メカニズム評価を目指し、研究に着手した。 本年度は、研究計画に従い、位相シフトマイケルソン干渉計の構築に着手し、装置設計および必要な光学機器の準備を行った。位相シフトマイケルソン干渉計の構築は概ね完了しており、性能試験および実験手順の確立に着手している段階である。実験の実施はやや遅れたが、次年度初頭から位相シフトマイケルソン干渉計を用いた対流不安定性および二酸化炭素吸収量評価を実施する準備を十分に整えることができた。 また実験と並行し、次年度以降の計画であった第三の目標である数値計算モデルの構築を先行して行った。本年度は二酸化炭素吸収時における二酸化炭素-アミン気液界面近傍の熱物質輸送現象およびフィンガリング現象を評価する数値計算モデルについて、関連する文献調査および支配方程式の選定などを行った。本数値計算モデルは既有の汎用ソフトウェアにて計算を実施する予定であり、次年度以降において実験と並行して実施する。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
位相シフトマイケルソン干渉計による対流不安定性の発生メカニズム評価に向けた実験装置の構築、および数値計算モデルの検証を達成したため。 実験の実施は計画よりもやや遅れているが、概ね実験装置が完成しており、次年度初頭から本装置を用いた対流不安定性および二酸化炭素吸収量評価を進める。
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今後の研究の推進方策 |
構築した位相シフトマイケルソン干渉計を用いて、二酸化炭素-アミン気液界面での対流不安定性および二酸化炭素吸収量評価を行う。また、本研究の第二の目標である、気液界面近傍における非定常熱物質輸送の高時空間分解能計測と律速の解明の達成に向け、既有の高速位相シフト干渉計を用いて、二酸化炭素-アミン気液界面近傍の非定常熱物質輸送により生じる密度場変化を可視化し、対流不安定性の律速を明らかにする。
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