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2018 年度 実績報告書

微粉炭の物理的および化学的構造に基づく混相乱流素反応モデリング

研究課題

研究課題/領域番号 16K06125
研究機関九州大学

研究代表者

渡邊 裕章  九州大学, 工学研究院, 准教授 (60371598)

研究分担者 則永 行庸  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00312679)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード混相流 / 乱流 / 燃焼 / 非球形粒子 / 着火 / 窒素化合物 / 直接数値計算 / ラージ・エディ・シミュレーション
研究実績の概要

非球形単一粒子の6自由度解析データから非球形粒子の運動モデルを開発するとともに,運動モデルを用いた混相乱流場の直接数値計算を実施し,粒子の乱流中分散挙動に対する粒子形状の影響を明らかにした.また,同様の6自由度単一粒子の着火挙動について直接数値計算を実施し,粒子周囲に広がる揮発分に着火し燃え広がる過程において予混合火炎から拡散火炎と遷移する様子を明らかにした.さらに,非球形粒子運動モデルを用いるラージ・エディ・シミュレーション(LES)を同軸噴流における球形および非球形粒子の分散挙動を計測した実験を対象に実施し,実験と定性的な一致を見るとともに,粒子ストークス数に依存して特徴的な環状構造が形成されることを明らかにした.
石炭の熱分解時に放出される揮発分の二次気相分解について,詳細化学反応機構を用いた素反応解析による感度解析により主要な化学種や反応経路を抽出することで,数値解析に適用可能な簡略化反応機構を構築した.また,揮発分に含まれる窒素化合物の分解挙動について,化学形態分析に基づいて定義されたピリジン,ピロール,および4級アミンが気流中でアンモニアやシアンを経由しNOxに転換される反応を,詳細化学反応機構を用いる素反応解析によって明らかにするとともに,主要な化学種や反応経路を抽出することで,数値解析に適用可能な総括反応機構の構築を行った.
小型噴流微粉炭火炎を対象に簡略化反応機構を用いたLESを実施し,実験との比較によりその有効性を確認するとともに,火炎構造の詳細を明らかにした.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Effect of devolatilization model on flame structure of pulverized coal combustion in a jet-burner system2019

    • 著者名/発表者名
      Ahn Seongyool、Watanabe Hiroaki、Kitagawa Toshiaki
    • 雑誌名

      Journal of Mechanical Science and Technology

      巻: 33 ページ: 1973~1979

    • DOI

      10.1007/s12206-019-0347-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical investigation on the detail structure of a coaxial coal jet flame using LES with elementary reactions2019

    • 著者名/発表者名
      Ahn Seongyool、Watanabe Hiroaki、Kitagawa Toshiaki
    • 雑誌名

      Energy & Fuels

      巻: none ページ: none

    • DOI

      10.1021/acs.energyfuels.9b00734

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical investigation of effects of particle shape on dispersion in an isotropic turbulent flow2018

    • 著者名/発表者名
      Zhang Wei、Watanabe Hiroaki、Kitagawa Toshiaki
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 29 ページ: 2048~2060

    • DOI

      10.1016/j.apt.2018.05.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental and numerical investigation of effects of particle shape and size distribution on particles’ dispersion in a coaxial jet flow2018

    • 著者名/発表者名
      Zhang Wei、Tainaka Kazuki、Ahn Seongyool、Watanabe Hiroaki、Kitagawa Toshiaki
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 29 ページ: 2322~2330

    • DOI

      10.1016/j.apt.2018.06.008

    • 査読あり
  • [備考] 反応性ガス力学研究室

    • URL

      http://www.mech.kyushu-u.ac.jp/~rgd/index-j.html

  • [備考] 九州大学研究者情報

    • URL

      http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K005584/

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公開日: 2019-12-27  

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